Controle de Qualidade de Arrays MEMS Mic digitais

MEMS Mic

Os microfones digitais MEMS (MicroElectroMechanical System) são componentes que são usados em vários dispositivos de consumo, bem como em aplicações automotivas e industriais. Um microfone digital MEMS combina um sensor acústico e um conversor A para D em um chip de silício. Isso requer apenas um espaço muito pequeno em uma PCB (placa de circuito impresso) e permite que os microfones sejam conectados diretamente a um processador de sinal.

Devido ao rápido crescimento do uso de aplicativos de reconhecimento de voz, os microfones digitais MEMS são frequentemente usados em uma formação de matriz. Para garantir uma operação impecável, os valores de especificação absolutos e, ainda mais importante, os valores de todos os microfones no array em relação um ao outro devem ser testados. Esta página explica como conectar microfones digitais MEMS a um sistema de teste acústico e como medir os parâmetros chave relevantes para um procedimento de QC confiável.

Pontos-chave

  • Em conformidade com EN 54-24, IEC 60268-16, IEC 50849, NFPA-72
  • Correção de ruído ambiente
  • Relatórios padronizados

O que testar

Para testar os parâmetros acústicos de um microfone digital MEMS, o sinal digital deve interagir diretamente com o sistema do analisador de áudio ou ser convertido para um formato diferente, por exemplo, analógico. Os parâmetros típicos de interesse para um teste de QC são os mesmos que para o teste da maioria dos outros microfones; Sensibilidade, Resposta de frequência, Distorção e, por vezes, Relação sinal-ruído (SNR). Para uma caracterização completa do microfone tipicamente realizada em um ambiente de laboratório, parâmetros como EIN (Equivalent Input Noise), PSR (Power Supply Rejection), PSRR (Power Supply Rejection Rate) e Dynamic Range são medidos ou calculados. Opcionalmente, o comportamento direcional de um microfone em diferentes freqüências pode ser medido usando uma mesa giratória.

Para todas as medições absolutas (as que não são expressas em % ou dB), as unidades dos microfones digitais MEMS são diferentes. Enquanto a sensibilidade dos microfones analógicos é expressa em mV/Pa ou dBV/Pa, a unidade para microfone digital é dBFs. Isso significa “decibéis abaixo de Fullscale” e descreve a altura livre de um microfone digital de 94dBSPL (1Pa) até a saída digital máxima desse microfone. Este ponto de saída digital máxima também é referido como AOP (Acoustic Overload Point).

Domínio Acústico vs. Digital vs. Analógico

Testar microfones MEMS individuais é muito raro. Na maioria dos casos, os microfones MEMS são testados em um PCB montado contendo vários microfones MEMS. Para caracterizar o desempenho dessa PCB, é interessante saber como os microfones MEMS montados se comportam em relação uns aos outros. Um parâmetro típico é o "Sensitivity Span"; a diferença entre a maior e a menor sensibilidade medida nos microfones MEMS montados.

Particularidades do microfone digital MEMS

Os microfones digitais MEMS fornecem dados no formato de ½ ciclo de PDM . O microfone requer uma entrada CLK e fornece seus dados em uma saída DATA. Além disso, dois microfones compartilham uma linha de dados. Portanto, cada microfone é configurado para ser um microfone "esquerdo" ou "direito". Isso é feito através da fiação do pino de entrada L/R em Vdd ou terra. Os microfones MEMS são fornecidos principalmente por 1.8V ou 3.3V.

Em operação normal, o microfone "esquerdo" grava um bit de dados em cada borda ascendente do sinal do relógio, enquanto o microfone "direito" grava um bit de dados em cada borda descendente. Enquanto um microfone está escrevendo dados, o outro coloca sua saída DATA em um modo de alta impedância. No DSP que está recebendo os dados, os dados de sinal esquerdo e direito são então separados e colocados juntos em dois fluxos de sinal.

Funcionamento normal de dois microfones digitais MEMS

Mas o que acontece quando um dos dois microfones não está montado corretamente ou está faltando?

Operação com um microfone MEMS inoperante ou ausente

Neste exemplo, falta o microfone direito, portanto somente o microfone esquerdo está escrevendo na linha de dados. Nas bordas em queda, o microfone esquerdo coloca sua linha de DADOS em estado de alta impedância. Portanto, a linha de DADOS mantém seu estado como foi escrito anteriormente pelo microfone esquerdo. Como resultado, da perspectiva do DSP receptor, o microfone direito parece fornecer exatamente os mesmos dados que o microfone esquerdo. Os dois fluxos de dados são idênticos! Esse problema deve ser resolvido pelo sistema de teste, pois a detecção de um microfone ausente é um recurso fundamental ao testar uma placa de circuito impresso de matriz MEMS.

As freqüências de relógio usadas para operar microfones digitais MEMS variam tipicamente entre algumas centenas de kHz, até 3MHz. Uma taxa de relógio mais baixa significa menor consumo de energia, mas também menor qualidade de áudio.

Para garantir a integridade do sinal digital, recomenda-se manter as distâncias entre os microfones digitais MEMS e o sistema de teste de áudio o mais curtas possível. Esses microfones simplesmente não são projetados para acionar um cabo longo de alta capacitância.

Benefícios

  • Conecte até 8 microfones MEMS. Isso abrange todos os PCBs de matriz MEMS usados para dispositivos inteligentes, aplicações automotivas, etc.
  • Medição rápida e precisa de todos os parâmetros acústicos relevantes.
  • Microfone MEMS simples e avaliação completa da placa de circuito impresso.
  • Detecção integrada de microfones MEMS inoperáveis ou ausentes.
  • Solução pronta para uso para aplicações de teste EOL.
  • Alimentação de tensão do microfone MEMS selecionável e frequência do relógio.

A solução NTi Audio recomendada

O sistema de medição básico para testar matrizes de mic MEMS digitais consiste em um analisador de áudio, uma interface NTi Audio MEMS box, um alto-falante de referência e um microfone de referência. O sistema é controlado por um software de PC.

Configuração de teste para a medição de uma placa de circuito impresso com matriz de 6 MEMS

O analisador de áudio FX100

O FX100 gera os sinais de teste para o altofalante de referência e analisa os sinais provenientes dos microfones MEMS, bem como de um microfone de referência. Dependendo do número de microfones MEMS e das restrições de tempo, podem ser utilizados canais paralelos adicionais ou comutadores de entrada.

Caixa de interface NTi Audio MEMS Mic

MEMS Mic Test Box

Caixa de texto do microfone MEMS

Fornece uma interface para conectar até 8 microfones digitais MEMS em paralelo. Cada sinal de microfone MEMS é convertido e encaminhado para uma saída de áudio balanceada. A caixa do microfone MEMS fornece alimentação de 1,8V ou 3,3V para os microfones e permite selecionar entre diferentes freqüências de clock. Microfones MEMS não conectados ou inoperantes são detectados de forma confiável e visualizados por LEDs na caixa. A MEMS mic box se comunica com o PC através de uma interface USB.

O altofalante de referência

Isso deve fornecer largura de banda e pressão sonora suficientes para cobrir as condições de teste necessárias. Recomenda-se a utilização de um altofalante de design coaxial (fonte pontual) para evitar a distribuição não uniforme do som.

O microfone de referência

Isto serve para medir o sinal verdadeiro proveniente do altifalante durante cada medição. Com esta informação, qualquer desvio ou desvio do altifalante de referência pode ser compensado.

O Software para PC

Para o teste EOL (End Of Line) de placas de circuito impresso de matriz de microrganismos digitais MEMS, o software RT-Mic é a escolha ideal. Ele oferece uma configuração de fácil manuseio, fluxos de trabalho guiados para calibração, coleta de dados de referência e cálculo de limite. Cada microfone é medido e julgado de acordo com os critérios PASS/FAIL. Os resultados dos testes individuais dos microfones MEMS são resumidos em um resultado geral do DUT (Device Under Test).

RT-Mic EOL QC software

Opcionais e Acessórios

Um sensor de ambiente pode medir e registrar a temperatura, umidade relativa e pressão barométrica juntamente com os dados de medição.

Um leitor de código de barras pode ser usado para ler o número de série do DUT medido Uma mesa giratória é usada para determinar a característica direcional de um único microfone MEMS.

Configuração

Analisador de áudio Flexus FX100

Sistema de Teste de Microfone Digital MEMS

contém

  • Analisador de áudio Flexus FX100
  • Microfone de medição M2010
  • RT-Microfone para Flexus
  • Interface MEMS Mic box

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