Control de calidad de matrices de micrófonos digitales MEMS

Micrófono digital MEMS

Los micrófonos MEMS digitales (Micro Electro Mechanical System) son componentes utilizados en diversos dispositivos de consumo, así como en aplicaciones automotrices e industriales. Un micrófono digital MEMS generalmente combina un sensor acústico con un convertidor A/D en un chip de silicio. Este chip requiere muy poco espacio en la placa de circuito impreso y también permite conectar el micrófono directamente al procesador de señales. Para el mercado de rápido crecimiento del reconocimiento de voz, los micrófonos digitales MEMS a menudo están dispuestos en una formación de arreglos. Esto permite reconocer la posición del altavoz (parlante) y enfocar el micrófono en el anuncio. No sólo las características absolutas de los micrófonos son de interés, sino también su comportamiento relativo.

En esta página aprenderá cómo conectar los micrófonos digitales MEMS a un sistema de prueba acústica y cómo medir los parámetros relevantes para un control de calidad fiable.

De un vistazo

  • Cumple con la norma EN 54-24, IEC 60268-16, IEC 50849, NFPA-72
  • Corrección del ruido ambiente
  • Informes estandarizados

Parámetro de medición

Para probar los parámetros acústicos de un micrófono digital MEMS, la señal de salida digital del micrófono debe conectarse directamente al sistema de análisis de audio o convertirse a otro formato, por ejemplo, analógico. Los parámetros típicos para una prueba de control de calidad son los mismos que para la mayoría de los demás micrófonos. Sensibilidad, respuesta en frecuencia, distorsión y relación señal/ruido (SNR). Para una caracterización completa de un micrófono en un entorno de laboratorio, se miden o calculan parámetros adicionales como EIN (Ruido de entrada equivalente), PSR (Rechazo de la fuente de alimentación), PSRR (Tasa de rechazo de la fuente de alimentación) y rango dinámico. Opcionalmente, la respuesta direccional de un micrófono a diferentes frecuencias puede ser añadida con la ayuda de una plataforma giratoria.

Para todas las mediciones absolutas (es decir, las que no se expresan en % o dB), las unidades de los micrófonos digitales MEMS son diferentes de las de los micrófonos analógicos. Mientras que para este último la sensibilidad se expresa en mV/Pa o dBV/Pa, para los micrófonos digitales la unidad es dBFs. Significa "decibelio con ganancia total" y describe la diferencia de ganancia de un micrófono digital a 94 dBSPL (1 Pa) hasta la ganancia digital máxima de ese micrófono. Este punto de máxima ganancia digital también se denomina AOP (Acoustic Overload Point).

Visualización acústica vs. digital

La prueba de micrófonos MEMS individuales es bastante inusual. En la mayoría de los casos, todos los micrófonos MEMS montados en una placa de circuito impreso son probados. Para la caracterización este módulo es de interés cómo los valores de los micrófonos MEMS ensamblados se comportan entre sí. Un parámetro típico es el "rango de sensibilidad", es decir, la diferencia entre la sensibilidad más alta y la más baja de todos los micrófonos MEMS montados en la placa de circuito impreso.

Características especiales de los micrófonos digitales MEMS

Los micrófonos digitales MEMS proporcionan datos en formato PDM de ciclo ½ El micrófono requiere una entrada CLK y transmite sus datos a través de una salida DATA. Dos micrófonos comparten una línea de datos. Por lo tanto, cada micrófono está configurado como un micrófono "izquierdo" o "derecho". Esto se hace cableando la entrada L/R a Vdd o a tierra. Los micrófonos MEMS se suministran normalmente con una tensión de alimentación de 1,8 V o 3,3 V.

En funcionamiento normal, el micrófono izquierdo escribe un bit de datos en cada flanco ascendente de la señal de reloj, mientras que el micrófono derecho escribe un bit de datos en cada flanco descendente. Mientras que un micrófono escribe datos, el otro pone su pin de salida DATA en un estado de "alta impedancia". En el DSP que recibe los datos, los datos de la señal izquierda y derecha se separan de nuevo y se forman en dos señales de audio.

Funcionamiento normal de dos micrófonos digitales MEMS

Pero, ¿qué sucede si uno de los dos micrófonos es defectuoso o falta por completo?

Funcionamiento con un micrófono MEMS no funcional o no equipado

En este ejemplo, falta el micrófono derecho, por lo que sólo el izquierdo escribe en la línea de datos común. En los flancos descendentes, el micrófono izquierdo pone su línea DATA en un estado de alta impedancia. Por lo tanto, la línea DATA mantiene el mismo estado que fue escrita previamente por el micrófono izquierdo. Desde la perspectiva del DSP de recepción, el micrófono derecho parece ofrecer exactamente los mismos datos que el izquierdo, es decir, los dos flujos de datos son idénticos. El sistema de prueba debe detectar esta condición ya que es un error fundamental cuando se prueba un tablero de arreglo MEMS.

Las frecuencias de reloj utilizadas para el funcionamiento de los micrófonos digitales MEMS están típicamente entre varios cientos de kHz y 3 MHz. Una velocidad de reloj más baja significa un menor consumo de energía, pero también una calidad de audio más baja.

Para asegurar la integridad de la señal digital, se recomienda que las distancias entre los micrófonos digitales MEMS y el sistema de prueba de audio sean lo más corto posible. Los micrófonos MEMS no están diseñados para transportar sus señales a través de un cable largo y de alta capacidad.

La solución de recomendada de NTi Audio

The basic measurement system for testing digital MEMS mic arrays consists of an audio analyzer, an NTi Audio MEMS interface box, a reference loudspeaker and a reference microphone. The system is controlled by a PC software.

Sound Insulation Measurement

Test setup for measuring a 6 MEMS mic array PCB

The FX100 Audio Analyzer.

The FX100 generates the test signals for the reference loudspeaker, and analyzes the signals coming from the MEMS microphones as well as from a reference microphone. Depending on the number of MEMS microphones and the time constraints, additional parallel channels or input switchers can be used.

NTi Audio MEMS Mic Interface box

MEMS Mic Test Box

MEMS Microphone Text Box

Provides an interface to connect up to 8 digital MEMS microphones in parallel. Each MEMS mic signal is converted and routed to a balanced audio output. The MEMS mic box provides 1.8V or 3.3V supply to the microphones and allows selecting between different clock frequencies. Not-connected or inoperable MEMS microphones are reliably detected and visualized by LEDs on the box. The MEMS mic box communicates to the PC via a USB interface.

The reference loudspeaker

This has to provide sufficient bandwidth and sound pressure to cover the required test conditions. It is recommended to use a coaxial design (point-source) loudspeaker to avoid non-uniform sound distribution.

The reference microphone

This is to measure the true signal coming from the loudspeaker during each measurement. With this information, any deviation or drift from the reference loudspeaker can be compensated.

The PC Software

For EOL (End Of Line) testing of digital MEMS mic array PCBs the RT-Mic software is the ideal choice. It offers an easy-to-handle configuration, guided workflows for calibration, reference data collection, and limit calculation. Each microphone is measured and judged against PASS/FAIL criteria. The results of the individual MEMS microphone tests are summarize in an overall DUT (Device Under Test) result.

RT-Mic EOL QC software

Options & Accessories

An environment sensor can measure and log temperature, relative humidity, and barometric pressure along with the measurement data.

A barcode scanner can be used to read the serial number of the measured DUT A turntable is used to determine the directional characteristic of a single MEMS microphone

Benefits

  • Connect up to 8 MEMS microphones. This covers all MEMS array PCBs used for smart devices, automotive applications, etc.
  • Fast and accurate measurement of all relevant acoustic parameters
  • Single MEMS microphone and complete PCB evaluation
  • Integrated detection of inoperable or missing MEMS microphones
  • Turnkey solution for EOL testing applications
  • Selectable MEMS microphone voltage supply and clock frequency.

Configuration

Flexus FX100 Audio Analyzer

Digital MEMS Microphone Test System

contains

  • Flexus FX100 Audio Analyzer
  • Measurement Microphone M2010
  • RT-Microphone for Flexus
  • MEMS Mic Interface Box

Obtener mas informacion