Pour tester les paramètres acoustiques d'un microphone MEMS numérique, le signal numérique doit interfacer directement avec l'analyseur audio ou être converti dans un format différent, par exemple analogique. Les paramètres typiques d'un test de contrôle qualité sont les mêmes que pour la plupart des autres microphones : sensibilité, réponse en fréquence, distorsion et parfois rapport signal/bruit (SNR). Pour une caractérisation complète d'un microphone généralement réalisée en laboratoire, des paramètres tels que EIN (Equivalent Input Noise), PSR (Power Supply Rejection), PSRR (Power Supply Rejection Rate), et la plage dynamique sont mesurés ou calculés. Eventuellement, le comportement directionnel d'un microphone à différentes fréquences peut être mesuré à l'aide d'un plateau tournant.
Pour toutes les mesures absolues (celles qui ne sont pas exprimées en % ou en dB), les unités des microphones MEMS numériques sont différentes. Alors que la sensibilité des microphones analogiques est exprimée en mV/Pa ou dBV/Pa, celle des microphones numériques est exprimée en dBFs. Il s'agit de "décibel pleine échelle" et cela décrit la différence entre le niveau d'un microphone numérique à 94 dBSPL (1 Pa) et le niveau maximum à la sortie numérique de ce microphone. Ce point de sortie numérique maximale est également appelé AOP (Acoustic Overload Point) ou point de surcharge acoustique.
Comparaison acoustique/numérique
Tester des microphones MEMS individuels est très rare. Dans la plupart des cas, les microphones MEMS sont testés sur un circuit imprimé assemblé contenant plusieurs microphones MEMS. Pour caractériser les performances de ce module, il est intéressant de savoir comment les microphones MEMS assemblés se comportent les uns par rapport aux autres. Un paramètre typique est la "plage de sensibilité" ( Sensitivity Span), la différence entre la sensibilité la plus élevée et la plus faible mesurée sur les microphones MEMS assemblés.
Particularités des microphones MEMS numériques
Les microphones MEMS numériques fournissent des données au format PDM ½ cycle. Le microphone nécessite une entrée CLK et délivre ses données sur une sortie DATA. De plus, deux microphones se partagent une ligne de données. Par conséquent, chaque microphone est configuré pour être un microphone "gauche" ou "droit". Cela est fait en cablant la broche d'entrée G/D à Vdd ou à la terre. Les microphones MEMS sont généralement alimentés avec une tension de 1.8V ou 3.3V.
En fonctionnement normal, le microphone "gauche" écrit un bit de données sur chaque front montant du signal d'horloge, tandis que le microphone "droit" écrit un bit de données sur chaque front descendant. Pendant qu'un microphone écrit des données, l'autre met sa sortie DATA en mode haute impédance. Sur le DSP qui reçoit les données, les données de signal gauche et droite sont ensuite séparées et regroupées en deux flux de signaux.
Fonctionnement normal de deux microphones MEMS numériques
Mais que se passe-t-il si l'un des deux microphones n'est pas assemblé correctement ou s'il manque?
Fonctionnement avec un microphone MEMS non fonctionnel ou manquant
Dans cet exemple, il manque le microphone droit, donc seul le microphone gauche écrit sur la ligne de données. Sur les fronts montants, le microphone gauche met sa ligne DATA en état de haute impédance. La ligne DATA conserve donc son état tel qu'il était précédemment écrit par le microphone gauche. Ainsi, du point de vue du DSP de réception, le microphone droit semble fournir exactement les mêmes données que le microphone gauche. Les deux flux de données sont identiques! Ce problème doit être traité par le système de test, car la détection d'un microphone manquant est un élément fondamental lors du test d'une carte MEMS.
Les fréquences d'horloge utilisées pour faire fonctionner les microphones MEMS numériques varient généralement entre quelques centaines de kHz, jusqu'à 3MHz. Une fréquence d'horloge plus faible signifie une consommation d'énergie plus faible, mais aussi une qualité audio inférieure.
Pour assurer l'intégrité du signal numérique, il est recommandé de maintenir les distances entre les microphones MEMS numériques et le système de test audio aussi courtes que possible. Ces microphones ne sont tout simplement pas conçus pour supporter un long cable à haute capacitance.