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.