Digitales MEMS-Mikrofon
Digitale MEMS-Mikrofone (MicroElectroMechanical System) sind Komponenten, die in verschiedenen Geräten für Endverbraucher sowie in Automobil- und Industrieanwendungen eingesetzt werden. Ein digitales MEMS-Mikrofon kombiniert einen akustischen Sensor sowie einen A/D-Wandler auf einem Siliziumchip. Dies erfordert nur eine sehr kleine Stellfläche auf einer Leiterplatte (PCB) und ermöglicht den direkten Anschluss der Mikrofone an einen Signalprozessor.
Aufgrund der schnell wachsenden Nutzung von Spracherkennungsanwendungen werden digitale MEMS-Mikrofone häufig in einer Array-Formation eingesetzt. Um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten, müssen die absoluten Spezifikationswerte und, noch wichtiger, die Werte aller Mikrofone im Array relativ zueinander getestet werden. Auf dieser Seite wird erläutert, wie digitale MEMS-Mikrofone an ein akustisches Testsystem angeschlossen werden und wie die relevanten Schlüsselparameter für ein zuverlässiges QC-Verfahren gemessen werden.
- Für Messungen an einzelnen Komponenten oder Arrays von digitalen MEMS-Mikrofonen
- Nahtlose Integration in die NTi Audio Mikrofon-Testlösung
- Bietet verschiedene Spannungsversorgungen und Betriebstaktfrequenzen
Was ist zu testen?
Um die akustischen Parameter eines digitalen MEMS-Mikrofons zu testen, muss das digitale Signal direkt mit dem Audioanalysatorsystem verbunden oder in ein anderes Format, z. B. analog, konvertiert werden. Die typischen Parameter von Interesse für einen QC-Test sind die gleichen wie für die Prüfung der meisten anderen Mikrofone: Empfindlichkeit, Frequenzgang, Klirrfaktor und manchmal Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Für eine vollständige Mikrofoncharakterisierung, die typischerweise in einer Laborumgebung durchgeführt wird, werden Parameter wie EIN (Equivalent Input Noise), PSR (Power Supply Rejection), PSRR (Power Supply Rejection Rate) und Dynamic Range gemessen oder berechnet. Optional kann das Richtungsverhalten eines Mikrofons bei verschiedenen Frequenzen mit einem Drehteller gemessen werden.
Für alle absoluten Messungen (die nicht in % oder dB ausgedrückt werden) sind die Einheiten für digitale MEMS-Mikrofone unterschiedlich. Während die Empfindlichkeit von analogen Mikrofonen in mV/Pa oder dBV/Pa ausgedrückt wird, ist die Einheit für digitale Mikrofone dBFs. Dies steht für „Dezibel unterhalb der Vollausschlagsskala“ und beschreibt den Headroom eines digitalen Mikrofons von 94 dBSPL (1 Pa) bis zum maximalen digitalen Ausgang dieses Mikrofons. Dieser Punkt des maximalen digitalen Ausgangs wird auch als AOP (Acoustic Overload Point) bezeichnet.
Akustische vs. digitale Beobachtung
Das Testen einzelner MEMS-Mikrofone ist sehr selten. In den meisten Fällen werden die MEMS-Mikrofone auf einer bestückten Leiterplatte getestet, die mehrere MEMS-Mikrofone enthält. Für die Charakterisierung der Leistung dieser Leiterplatte ist es von Interesse, wie sich die bestückten MEMS-Mikrofone relativ zueinander verhalten. Ein typischer Parameter ist die „Sensitivity Span“; die Differenz zwischen der höchsten und niedrigsten Empfindlichkeit, die an den bestückten MEMS-Mikrofonen gemessen wird.
Besonderheiten digitaler MEMS-Mikrofone
Digitale MEMS-Mikrofone liefern Daten im ½-Zyklus-PDM-Format. Das Mikrofon benötigt einen CLK-Eingang und liefert seine Daten an einem DATA-Ausgang. Darüber hinaus teilen sich zwei Mikrofone eine Datenleitung. Daher ist jedes Mikrofon so konfiguriert, dass es entweder ein „linkes“ oder ein „rechtes“ Mikrofon ist. Dies geschieht durch Festverdrahtung des L/R-Eingangs entweder mit Vdd oder mit Masse. MEMS-Mikrofone werden meist mit 1,8 V oder 3,3 V versorgt.
Im Normalbetrieb schreibt das „linke“ Mikrofon bei jeder steigenden Flanke des Taktsignals ein Datenbit, während das „rechte“ Mikrofon bei jeder fallenden Flanke des Taktsignals ein Datenbit schreibt. Während ein Mikrofon Daten schreibt, versetzt das andere seinen DATA-Ausgang in einen hochohmigen Zustand. Auf dem DSP, der die Daten empfängt, werden die linken und rechten Signaldaten dann getrennt und zu zwei Signalströmen zusammengeführt.
Konfiguration
Mobiltelefon-Testsystem
einschließlich
- Flexus FX100 Audio Analyzer
(inklusive FX-Control Software) - FX-SIP Impedanzmodul und Verstärker
- Messmikrofon M2010
- PureSound™ Option
(inklusive RT-Speaker Software)
- Flexus FX100 Audio Analyzer
Optional
- Umgebungssensor
- Klasse 1 Schallkalibrator 94/114 dB
- FX100 Rack-Montage
