Contrôle qualité des microphones MEMS numériques
Un microphone MEMS numérique (système micro-électromécanique), également connu sous le nom de puce de microphone ou microphone en silicium, est un diaphragme sensible à la pression sur un PCB (carte de circuit imprimé) qui n’est parfois pas plus grand qu’une tête d’allumette. Ils sont utilisés dans divers appareils grand public ainsi que dans les applications automobiles et industrielles. Un microphone MEMS numérique combine un capteur acoustique ainsi qu’un convertisseur A/N sur une seule puce de silicium, et est généralement connecté directement à un processeur de signal. En raison de l’utilisation croissante des applications de reconnaissance vocale, les microphones MEMS numériques sont souvent utilisés en formation de réseau. Lors du contrôle qualité des microphones, les valeurs de spécification absolues et, plus important encore, les valeurs de tous les microphones du réseau les unes par rapport aux autres doivent être testées. Cet article explique comment interfacer des microphones MEMS numériques à un système de test acoustique et comment mesurer les paramètres clés pertinents pour une procédure de CQ (contrôle qualité) fiable.
Pour tester les paramètres acoustiques d’un microphone MEMS numérique, le signal numérique doit s’interfacer directement avec le système d’analyseur audio ou être converti dans un format différent, par exemple analogique. Les paramètres typiques d’intérêt pour un test de CQ sont les mêmes que pour le test de la plupart des autres microphones : sensibilité, réponse en fréquence, Distortion et parfois rapport signal/bruit (SNR). Pour une caractérisation complète du microphone généralement effectuée dans un environnement de laboratoire, des paramètres tels que l’EIN (bruit d’entrée équivalent), le PSR (réjection de l’alimentation), le PSRR (taux de réjection de l’alimentation) et la plage dynamique sont mesurés ou calculés. En option, le comportement directionnel d’un microphone à différentes fréquences peut être mesuré à l’aide d’un plateau tournant.
Réseau de 6 microphones MEMS numériques
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, l’unité du microphone numérique est dBFs. Cela signifie « décibels en dessous de la pleine échelle » et décrit la marge d’un microphone numérique de 94 dBSPL (1 Pa) à la sortie numérique maximale de ce microphone. Ce point de sortie numérique maximale est également appelé AOP (point de surcharge acoustique).
Il est très rare de tester des microphones MEMS uniques. Dans la plupart des cas, les microphones MEMS sont testés sur un PCB assemblé contenant plusieurs microphones MEMS. Pour caractériser les performances de ce PCB, il est intéressant de voir comment les microphones MEMS assemblés se comportent les uns par rapport aux autres. Un paramètre typique est la « plage de sensibilité » ; la différence entre la sensibilité la plus élevée et la plus faible mesurée sur les microphones MEMS assemblés.
Domaine acoustique vs numérique vs analogique
Particularités des microphones MEMS numériques
Les microphones MEMS numériques fournissent des données au format PDM ½ cycle. Le microphone nécessite une entrée CLK et fournit ses données sur une sortie DATA. De plus, deux microphones partagent une ligne de données. Par conséquent, chaque microphone est configuré pour être un microphone « gauche » ou « droit ». Ceci est réalisé en câblant la broche d’entrée L/R à Vdd ou à la masse. Les microphones MEMS sont principalement alimentés par 1,8 V ou 3,3 V.
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 du signal gauche et droit sont ensuite séparées et regroupées en deux flux de signaux.
Mais que se passe-t-il lorsque l’un des deux microphones n’est pas assemblé correctement ou est manquant ?
Dans cet exemple, le microphone droit est manquant, par conséquent, seul le microphone gauche écrit sur la ligne de données. Sur les fronts descendants, le microphone gauche met sa ligne DATA en état de haute impédance. Par conséquent, la ligne DATA conserve son état tel qu’il a été précédemment écrit par le microphone gauche. En conséquence, 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 résolu par le système de test, car la détection d’un microphone manquant est une fonctionnalité fondamentale lors du test d’un PCB de réseau MEMS.
Les fréquences d’horloge utilisées pour faire fonctionner les microphones MEMS numériques varient généralement entre quelques centaines de kHz et jusqu’à 3 MHz. Une fréquence d’horloge plus basse signifie une consommation d’énergie plus faible, mais aussi une qualité audio inférieure.
Pour garantir 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 piloter un long câble à forte capacité.
Fonctionnement normal de deux microphones MEMS numériques
Fonctionnement avec un microphone MEMS inopérant ou manquant
Une architecture de système de test typique
Configuration de test pour mesurer un PCB de réseau de 6 micros MEMS
Le système de mesure de base pour tester les réseaux de micros MEMS numériques se compose d’un analyseur audio, d’un dispositif d’interface MEMS, d’un haut-parleur de référence et d’un microphone de référence. Un logiciel PC contrôle généralement un tel système.
Logiciel de CQ de réseau de micros MEMS EOL