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數字 MEMS 麥克風

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數字 MEMS(MicroElectroMechanical System 微型機電系統)麥克風在各類消費設備,機動車輛和工業應用中廣泛使用。一支 MEMS 麥克風的聲學傳感器和數模轉換器集成在一塊硅片上。只占用 PCB(印刷電路板)上很小的空間,讓麥克風可以和信號處理器直接相連。

由于語音識別類應用的高速增長,數字 MEMS 麥克風通常以陣列的形式出現。為了確保完美無瑕的運行,麥克風的絕對技術指標,以及更重要的,陣列中所有麥克風相互協同的性能都必須嚴格測試。這里就為您介紹如何將數字 MEMS 麥克風接入聲學測試系統,以及可靠測試相關核心參數的流程。

特性

  • 測量數字 MEMS 麥克風單體或陣列
  • 無縫集成到 NTi Audio 麥克風測試方案
  • 多種電源和時鐘頻率可選

測什么?

要測試數字 MEMS 麥克風的聲學參數,數字信號需要接入音頻分析儀,或轉換為其它格式,比如模擬信號。品質控制測試中涉及的參數和其它大多數麥克風基本一致,如靈敏度,頻率響應,失真,信噪比(SNR)等。實驗室環境下完整的測試內容有 EIN(等效輸入噪聲),PSR(電源抑制),PSRR(電源抑制比)和動態范圍等。此外,還可以通過轉臺測試麥克風在不同頻率下的指向性。

對于所有的絕對測量(單位不是 % 或 dB),數字 MEMS 麥克風測量結果的單位不同于模擬麥克風。比如模擬麥克風的靈敏度單位是 mV/Pa 或 dBV/Pa,而數字麥克風的單位則為 dBFs,它表示“滿刻度分貝”,描述的是 94 dBSPL(1 Pa)到被測麥克風最大數字輸出間的余量。這個最大輸出也是 AOP(聲學過載點)。

聲學 vs. 數字 vs. 模擬

測試單支 MEMS 麥克風的情況其實非常少見。多數情況下,測試的都是集成在電路板上的多支 MEMS 麥克風。要確定該電路板的性能,必須弄清所有 MEMS 麥克風之間的相對性能。一個典型的參數是“靈敏度跨度”,也就是 MEMS 麥克風中最大靈敏度和最小靈敏度的差值。

數字 MEMS 麥克風特性

主流 MEMS 麥克風輸出 1/2 周期的 PDM(脈沖密度調制)數字信號。麥克風需要一個時鐘輸入(CLK),并通過 DATA 接口輸出數據。此外,兩支麥克風共用一條數據線。因此,它們分別配置為“左(L)”或“右(R)”麥克風。只需將 L/R 輸入接 Vdd 或地即可實現。MEMS 麥克風供電大多為 1.8 V 或 3.3 V。

實際運行時,“左”麥克風會在時鐘信號的每個上升沿寫下一個字節,“右”麥克風則在下降沿。當一支麥克風寫數據時,另一支麥克風會將數據輸出端置于高阻抗模式。在接收信號的信號處理器中(DSP),左右兩個信號再被一起灌入兩個信號流中。

兩支數字 MEMS 麥克風工作示意

如果兩支麥克風中的一支沒有安裝或丟失了呢?

只有一支 MEMS 麥克風正常工作示意

示例中,右麥克風丟失,因此只剩左麥克風在寫入數據。在信號下降沿,左麥克風將其數據端口置于高阻抗狀態。數據鏈仍保持之前的狀態,這樣,對于數據接收端的 DSP 來說,右麥克風傳來的信號和左麥克風完全相同。兩條數據流是一樣的!測試系統必須能識別這一問題,測試電路板上的 MEMS 麥克風陣列時,檢測麥克風丟失是最基本的。

控制數字 MEMS 麥克風的時鐘頻率從幾百 kHz 到 3 MHz 不等。頻率越低,功率越小,音質也更差。

為了確保數字信號的完整,數字 MEMS 麥克風和音頻測試系統間的距離越短越好。這類麥克風不適合連接過長且電容過高的纜線。

NTi Audio 測試方案推薦

測試數字 MEMS 麥克風陣列的基本系統包括,音頻分析儀,NTi Audio MEMS 麥克風轉接盒,參考揚聲器和參考麥克風。系統由計算機軟件控制。

測試含 6 支 MEMS 麥克風陣列的配置

FX100 音頻分析儀

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FX100 會為參考揚聲器生成測試信號,并分析來自待測 MEMS 麥克風和參考麥克風的信號。根據麥克風數量和時間限制,還可使用并行通道或輸入切換盒。

MEMS 麥克風轉接盒

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最多可同時連接 8 支數字 MEMS 麥克風。每支 MEMS 麥克風信號都會被轉換并連接到一個平衡音頻輸出端。MEMS 麥克風轉接盒能提供 1.8 V 或 3.3 V 電源,并可以選擇不同的時鐘頻率。未連接或不工作的 MEMS 麥克風能被可靠檢測,且從指示燈直接看出。MEMS 轉換盒通過 USB 接口和計算機通信。

參考揚聲器

它必須能提供足夠的帶寬和聲壓級以滿足測試條件。推薦使用同軸揚聲器(點聲源),避免不一致的聲音分布。

參考麥克風

它用來測量每次從參考揚聲器發出的信號。有了它的幫助,參考揚聲器的任何偏差和漂移都能被抵消。

計算機軟件

RT-Mic 軟件是 MEMS 麥克風陣列產線終端(EOL)測試的理想選擇。它設置簡單,采用引導式設計幫助你校準,采集參考數據并計算框限。每支麥克風都經測量并與框限對比。總的測試結果將匯總并直接顯示。

RT-Mic 產線終端測試系統

選件和附件

環境傳感器可以記錄溫度,相對濕度和大氣壓。

掃描槍可記錄待測體序列號。測試轉盤則可以用于測量單支 MEMS 麥克風的指向性。

視頻課程:數字 MEMS 麥克風的測試

優勢

  • 最多連接 8 支 MEMS 麥克風。完全滿足智能設備,汽車等使用的麥克風陣列測試需求;
  • 快速精確測量所有相關聲學參數;
  • 單支 MEMS 麥克風和完整 PCB 均可測量;
  • 檢測未連接或不工作的 MEMS 麥克風;
  • 產線終端測試完整方案;
  • 可選 MEMS 麥克風供電和時鐘頻率。

解決方案一覽

配置信息

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數字 MEMS 麥克風測試系統

包含

  • Flexus FX100 音頻分析儀
  • 量測麥克風?M2010
  • RT-Microphone 軟件
  • MEMS 麥克風轉接盒
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