CN107431870A - 用于测试mems麦克风的信噪比的低成本方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于测试MEMS麦克风的方法。MEMS麦克风包括位于外壳内的压力传感器和将声压从外壳外部朝向压力传感器引导的压力输入端口。声压源向MEMS麦克风提供声压。接近于MEMS麦克风定位参考麦克风。比较MEMS麦克风的输出信号与参考麦克风的输出信号。从MEMS麦克风的输出信号去除公共信号分量，并且针对由于设备的构造所致的噪声和针对设备的信噪比而分析MEMS麦克风的输出信号。基于噪声信号和信噪比，拒绝或接受MEMS麦克风。

Description

用于测试MEMS麦克风的信噪比的低成本方法

背景技术

本发明涉及在微机电（MEMs）麦克风的制造期间测量信噪比的方法。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种测试微机电（MEMS）麦克风的方法。MEMS麦克风包括位于外壳内的压力传感器和将声压从外壳外部朝向压力传感器引导的压力输入端口。接近于声压源定位具有MEMS麦克风输入的MEMS麦克风并且接近于MEMS麦克风定位参考麦克风使得参考麦克风输入接收与MEMS麦克风输入近似相同的声压。利用功率源为MEMS麦克风和参考麦克风供电。比较MEMS麦克风的MEMS麦克风输出信号与参考麦克风的参考麦克风输出信号。基于MEMS麦克风输出信号与参考麦克风输出信号之间的比较，确定存在于MEMS麦克风输出信号和参考麦克风输出信号二者中的公共信号分量。从MEMS麦克风输出信号去除公共信号分量，并且在去除公共信号分量之后，确定MEMS麦克风输出信号中的噪声水平。然后确定噪声水平是否超过门限值，并且如果噪声水平超过门限值，拒绝MEMS麦克风。

在另一实施例，本发明提供了一种微机电（MEMS）麦克风测试系统，包括具有MEMS麦克风输入和MEMS麦克风输出的MEMS麦克风。还包括的是声压源和具有参考麦克风输出的参考麦克风。麦克风接口配置成电气连接到MEMS麦克风输出和参考麦克风输出。控制单元包括处理器、噪声消除模块、存储器和输入/输出接口。控制单元配置成比较MEMS麦克风的MEMS麦克风输出信号与参考麦克风的参考麦克风输出信号，并且基于MEMS麦克风输出信号与参考麦克风输出信号之间的比较而确定MEMS麦克风输出信号和参考麦克风输出信号中的公共信号分量。控制单元从MEMS麦克风输出信号去除公共信号分量，并且在去除公共信号分量之后，确定MEMS麦克风输出信号中的噪声水平。控制单元确定噪声水平是否超过门限值，并且如果噪声水平超过门限值，拒绝MEMS麦克风。

本发明的其它方面将通过详细描述和随附各图的考虑而变得明显。

附图说明

图1是麦克风测试系统的框图。

图2是图示了图1的控制单元的细节的框图。

图3是图示了通过使用图1的麦克风测试系统确定MEMS麦克风的输出信号的噪声分量的方法的流程图。

图4是图示了通过使用图1的麦克风测试系统确定MEMS麦克风的信噪比的方法的流程图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明不在其应用方面受限于在以下描述中阐述或在随附各图中图示的组件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或实施。

应当指出的是，多个基于硬件和软件的设备，以及多个不同的结构组件可以用于实现本发明。此外，应当理解的是，本发明的实施例可以包括硬件、软件和电子组件或模块，其出于讨论的目的而可以被图示和描述成就像组件的大部分单独实现在硬件中那样。然而，本领域普通技术人员并且基于该详细描述的阅读，将认识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以实现在可由一个或多个处理器执行的软件（例如存储在非暂时性计算机可读介质上）中。照此，应当指出的是，多个基于硬件和软件的设备，以及多个不同的结构组件可以被利用来实现本发明。例如，在说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个处理器、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接组件的各种连接（例如系统总线）。

背景噪声（即环境噪声）可能不利地影响MEMS麦克风测试系统。背景噪声包括例如交通、对话、移动、设施装备、振动等。背景噪声可以贯穿测试过程是一致的，或者可以具有幅度方面的快速改变。所有背景噪声的总和称为本底噪声并且可以以分贝（dB）来测量。由于MEMS麦克风具有高信噪比，因此MEMS麦克风的输出信号的噪声分量的测量可能被背景噪声洗掉。一般地，在MEMS麦克风测试期间，降低本底噪声是合期望的，以实现MEMS麦克风的精确测试。然而，用于麦克风测试系统的声学和振动隔离可能是昂贵的，并且可能未将本底噪声降低到可接受的水平。图1的麦克风测试系统设计成减轻背景噪声在测试期间的影响。

图1图示了用于测试多个微机电（MEMS）麦克风的信噪比（SNR）的麦克风测试系统90的示例。声压源100定位成朝向MEMS麦克风阵列105输出声能。麦克风阵列105电气耦合到麦克风接口110。接近于麦克风阵列105定位的是参考麦克风115。参考麦克风115连接到麦克风接口110。麦克风接口110连接到控制单元120。麦克风阵列105包括多个MEMS麦克风125。麦克风阵列105可以包括来自各种制造阶段的MEMS麦克风125。例如，麦克风阵列105可以包括在麦克风阵列105上成组在一起的个体且完全的MEMS麦克风125。相反地，麦克风阵列105可以包括来自切割（singulation）工艺的位于托盘上的MEMS麦克风125。

在一些构造中，参考麦克风115和声压源100可以位于测试腔140内部。在该情况下，麦克风阵列105位于测试腔140内部并且电气连接到连接板145。连接板145提供引脚（例如pogo引脚）以建立去到MEMS麦克风125的电气连接。连接板145电气耦合到麦克风接口110并且配置成从MEMS麦克风125向麦克风接口110传输输出信号。

在一些构造中，声压源100是与控制单元120分离的手动调节的设备。在其它构造中，声压源100可以从控制单元120接收功率信号和控制信号。声压源100可以包括一个或多个扬声器、音调生成器或其它声音生成设备。在麦克风测试期间，声压源100能够扫掠过一频率范围并且能够扫掠过一幅度范围。理想地，声压源100定位成使得测试音调的幅度和频率在麦克风阵列105之上相等地分布。理想位置可以通过在麦克风阵列105的中部之上居中定位声压源100来近似，其中声压源100的输出面向麦克风阵列105的中心。该构造创建去到麦克风阵列105的直接声学路径。

参考麦克风115接近于麦克风阵列105定位，使得参考麦克风115尽可能接近地感测由麦克风阵列105感测的相同声能。在一些构造中，参考麦克风115位于麦克风阵列105的中心，其中参考麦克风115的参考输入135位于与麦克风阵列105的输入端口130相同的方向上。这样的定位捕获如在麦克风阵列105的输入端口130处看到的参考麦克风115的参考输入135处的等效声能。在一些构造中，参考麦克风115包括位于麦克风阵列105周围的多个位置处的若干个体的麦克风，并且参考麦克风115配置成感测麦克风阵列105周围的平均声能水平。麦克风阵列105以及参考麦克风115还感测不从声压源100发射的声能（即背景噪声）。参考麦克风115是良好受控和校准的组件，其设计成精确地感测测试环境中的背景噪声。

麦克风接口110从参考麦克风115接收输出信号，以及从麦克风阵列105中的MEMS麦克风125中的每一个接收输出信号。麦克风接口110包括处理装备以将来自参考麦克风115和MEMS麦克风125的输出信号转换成用于由控制单元120分析的信号。在一个构造中，处理装备包括复用器。数字信号可以作为串行通信而发送至控制单元120，或者数字信号可以作为表示麦克风阵列105内的每一个MEMS麦克风125的并行分量而发送至控制单元120。

控制单元120的一个构造在图2中图示。控制单元120包括处理器200、噪声消除模块205和存储器210。处理器200电气和/或通信连接到控制单元120的各种模块或组件。例如，所图示的处理器200连接到存储器210和输入/输出接口215。控制单元120包括硬件和软件的组合，所述硬件和软件的组合可操作成，除其它事物之外，控制声压源100的操作并且控制输入/输出接口215。控制单元120通过输入/输出接口215可配置。控制单元120包括多个电气和电子组件，所述多个电气和电子组件向控制单元120和/或麦克风测试系统90内的组件和模块提供功率、操作控制和保护。

存储器210包括例如程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括不同类型的存储器210（诸如只读存储器（“ROM”）和非易失性随机存取存储器（“RAM”））的组合。存储器210存储，除其它事物之外，关于麦克风阵列105中的MEMS麦克风125的性能的信息。例如，存储器210存储MEMS麦克风125中的每一个的信噪比以及针对多个频率和幅度处的可接受的信噪比的门限值。

处理器200连接到存储器210并且执行能够存储在存储器210的RAM（例如在执行期间）、存储器210的ROM（例如在一般永久的基础上）或诸如另一存储器或盘之类的另一非暂时性计算机可读介质中的软件指令。包括在麦克风测试系统90的实现中的软件可以存储在控制单元120的存储器210中。软件包括例如固件、一个或多个应用、程序数据、滤波器、规则、一个或多个程序模块和其它可执行指令。控制单元120配置成从存储器检索并且执行，除其它事物之外，涉及本文所描述的控制过程和方法的指令。在其它构造中，控制单元120包括附加的、更少的或不同的组件。

电源向控制单元120或麦克风测试系统90的其它组件或模块供给标称AC或DC电压。电源还配置成供给较低电压以操作控制单元120或麦克风测试系统90内的电路和组件。在其它构造中，控制单元120或麦克风测试系统90内的其它组件和模块由一个或多个电池或电池组或另一电网无关的功率源（例如发电机、太阳能面板等）供电。

输入/输出接口215用于控制或监视麦克风测试系统90。例如，输入/输出接口215可操作耦合到控制单元120以控制麦克风测试系统90的配置。输入/输出接口215包括实现用于麦克风测试系统90的期望水平的控制和监视所必需的数字和模拟输入或输出设备的组合。例如，输入/输出接口215包括显示器和输入设备，诸如触摸屏显示器、多个旋钮、拨盘、开关、按钮等。输入/输出接口215还可以配置成实时或大体实时地显示与麦克风测试系统90相关联的条件或数据。

噪声消除模块配置成执行关于来自麦克风阵列105中的MEMS麦克风125的输出信号的噪声消除。在一个构造中，噪声消除模块使用设计成执行信号处理的硬件。例如，硬件包括用于自适应噪声消除的电路，包括一个或多个自适应滤波器。在另一构造中，噪声消除模块利用软件而不是硬件来执行噪声消除。在该构造中，存储器210存储指令，所述指令当在处理器200上运行时，使得控制单元120通过设计成降低背景噪声的影响的算法来处理MEMS麦克风输出信号。例如，控制单元120可以使用公知的算法，诸如例如最小均方（LMS）或递归最小二乘方（RLS）算法。噪声消除模块205从参考麦克风115接收指示存在于麦克风阵列105中的MEMS麦克风125的输入处的背景噪声的输出信号。

在一个构造中，噪声消除模块205比较参考麦克风115的输出与麦克风阵列105中的每一个MEMS麦克风125的输出，并且标识对所有这些输出信号而言公共的公共信号分量。噪声消除模块205在测试MEMS麦克风125的信噪比之前从麦克风阵列105中的MEMS麦克风125的输出消除公共信号分量。在另一构造中，噪声消除模块205比较参考麦克风115的输出与来自MEMS麦克风125的输出信号的平均信号。在该构造中，所减去的公共信号分量是对参考麦克风115和平均信号而言公共的信号。

图3图示了使用图1的麦克风测试系统90确定MEMS麦克风125的噪声信号的方法。在没有任何所应用的声音（即只有背景噪声）的情况下确定MEMS麦克风125的噪声信号。控制单元120从麦克风接口110读取代表麦克风阵列105中的每一个MEMS麦克风125的输出信号的输出信号（步骤300）。控制单元120还从麦克风接口110读取代表来自参考麦克风115的输出信号的输出信号（步骤305）。噪声消除模块205标识对每一个信号而言公共的MEMS麦克风125的输出的信号分量和参考麦克风115的输出的信号分量（步骤310）。噪声消除模块205从麦克风阵列105上的每一个MEMS麦克风125的输出信号去除或减去公共信号分量（步骤315）。在去除公共信号分量之后，控制单元120确定麦克风阵列105上的每一个MEMS麦克风125的噪声分量（步骤320）。控制单元120对照门限值比较噪声分量（步骤325）。控制单元120标识并且拒绝具有大于门限的噪声分量的MEMS麦克风125（步骤330）。

图4图示了使用图1的麦克风测试系统90确定MEMS麦克风125的信噪比的方法。控制单元120激活声压源100（步骤400）。控制单元120从麦克风接口110读取代表麦克风阵列105中的每一个MEMS麦克风125的输出信号的输出信号（步骤405）。控制单元120确定来自麦克风接口110的输出信号的水平和质量（步骤410）。控制单元120基于没有活动声压源情况下的输出信号和具有活动声压源情况下的输出信号而计算针对每一个MEMS麦克风125的信噪比（SNR）（步骤415）。控制单元120比较信噪比与门限值（步骤420）。控制单元120标识并且拒绝具有最小SNR门限以下的信噪比的MEMS麦克风125（步骤425）。从麦克风阵列105去除通过测试的MEMS麦克风125并且使其准备用于交运。未通过测试的MEMS麦克风125从麦克风阵列105去除并且被丢弃。

应当指出的是，图3中的噪声测试和图4中的SNR测试不必按顺序执行。同样地，图3和4中的步骤不必按顺序执行。例如，控制单元120可以在从MEMS麦克风125读取输出之前从参考麦克风115读取输出信号（步骤300和305）。此外，在一些实施例中，使用各种频率和幅度处的多个测试音调来重复步骤400至425。在该情况下，在每一个频率处测试针对每一个MEMS麦克风125的SNR。将每一个MEMS麦克风125的SNR与针对该频率的门限值比较。如果每一个MEMS麦克风125不满足多个门限则拒绝它。

因此，本发明提供了，除其它事物之外，一种测试布置，其允许在抑制背景噪声的同时检测信噪比的方法。本发明的各种特征和优点在随附权利要求中阐述。

Claims (15)

1.一种测试微机电（MEMS）麦克风的方法，所述MEMS麦克风包括位于外壳内的压力传感器和将声压从所述外壳外部朝向所述压力传感器引导的压力输入端口，所述方法包括以下动作：

接近于声压源定位具有MEMS麦克风输入的所述MEMS麦克风；

接近于所述MEMS麦克风定位参考麦克风使得参考麦克风输入接收与所述MEMS麦克风输入近似相同的声压；

利用功率源为所述MEMS麦克风和所述参考麦克风供电；

比较所述MEMS麦克风的MEMS麦克风输出信号与所述参考麦克风的参考麦克风输出信号；

基于所述MEMS麦克风输出信号与所述参考麦克风输出信号之间的比较，确定存在于所述MEMS麦克风输出信号和所述参考麦克风输出信号二者中的公共信号分量；

从所述MEMS麦克风输出信号去除所述公共信号分量；

在去除所述公共信号分量之后，确定所述MEMS麦克风输出信号中的噪声水平；

确定所述噪声水平是否超过门限值；以及

如果所述噪声水平超过所述门限值，拒绝所述MEMS麦克风。

2.权利要求1所述的方法，其中接近于所述声压源定位具有MEMS麦克风输入的所述MEMS麦克风还包括

接近于所述声压源定位MEMS麦克风阵列，其中所述MEMS麦克风阵列包括所述MEMS麦克风。

3.权利要求1所述的方法，还包括以下动作：

利用所述声压源向所述MEMS麦克风应用声压；

利用所述声压源生成在频率和幅度方面变化的多个音调；以及

针对所述多个音调中的每一个而分析所述MEMS麦克风输出信号。

4.权利要求1所述的方法，其中从所述MEMS麦克风输出信号去除所述公共信号分量由硬件执行。

5.权利要求1所述的方法，其中从所述MEMS麦克风输出信号去除所述公共信号分量由软件执行。

6.权利要求3所述的方法，还包括以下动作：

基于所述MEMS麦克风输出信号以及所述多个音调的频率和幅度而确定所述MEMS麦克风的信噪比；

比较所述信噪比与最小信噪比门限；以及

如果所述信噪比在所述最小信噪比门限以下，拒绝所述MEMS麦克风。

7.权利要求2所述的方法，其中所述MEMS麦克风阵列包括多个MEMS麦克风，还包括以下动作：

在测试腔内部定位所述MEMS麦克风阵列，其中所述测试腔包括所述声压源、所述参考麦克风和连接板。

8.一种MEMS麦克风测试系统，包括包含处理器和存储器的控制单元，其中所述控制单元配置成执行权利要求1所述的动作。

9.一种微机电（MEMS）麦克风测试系统，包括：

包括MEMS麦克风输入和MEMS麦克风输出的MEMS麦克风；

生成声压的声压源；

包括参考麦克风输出的参考麦克风；

配置成电气连接到所述MEMS麦克风输出和所述参考麦克风输出的麦克风接口；

控制单元，包括处理器、噪声消除模块、存储器和输入/输出接口，其中所述控制单元配置成：

比较所述MEMS麦克风的MEMS麦克风输出信号与所述参考麦克风的参考麦克风输出信号；

基于所述MEMS麦克风输出信号与所述参考麦克风输出信号之间的比较而确定所述MEMS麦克风输出信号和所述参考麦克风输出信号中的公共信号分量；

从所述MEMS麦克风输出信号去除所述公共信号分量；

在去除所述公共信号分量之后，确定所述MEMS麦克风输出信号中的噪声水平；

确定所述噪声水平是否超过门限值；以及

如果所述噪声水平超过所述门限值，拒绝所述MEMS麦克风。

10.权利要求9所述的系统，其中所述MEMS麦克风耦合到包括多个MEMS麦克风的MEMS麦克风阵列，使得所述多个MEMS麦克风利用所述MEMS麦克风进行测试。

11.权利要求9所述的系统，其中所述控制单元还配置成：

生成控制所述声压源的声压源信号，所述声压源生成在频率和幅度方面变化的多个音调；

针对所述多个音调中的每一个而分析所述MEMS麦克风输出信号；

设定多个频率相关最小门限；以及

当信噪比在所述多个频率相关最小门限中的任何一个以下时拒绝所述MEMS麦克风。

12.权利要求9所述的系统，其中所述控制单元包括噪声消除模块，所述噪声消除模块配置成从所述MEMS麦克风输出信号去除所述公共信号分量，其中所述噪声消除模块包括硬件。

13.权利要求9所述的系统，其中所述控制单元包括噪声消除模块，所述噪声消除模块配置成从所述MEMS麦克风输出信号去除所述公共信号分量，其中所述噪声消除模块包括软件。

14.权利要求9所述的系统，其中质量标准是最小信噪比，并且其中所述控制单元还配置成

基于所述MEMS麦克风输出信号和所述声压而确定所述MEMS麦克风的信噪比，以及

比较所述信噪比与最小信噪比门限。

15.权利要求10所述的系统，其中所述多个MEMS麦克风包括多个MEMS麦克风输出，并且还包括：

测试腔，其中所述测试腔包括所述声压源、所述参考麦克风和连接板。