KR101878648B1 - 생산 중에 mems 마이크로폰들의 모든 전기적 노이즈 테스팅을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

생산 중에 mems 마이크로폰들의 모든 전기적 노이즈 테스팅을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

다중막 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 마이크로폰에서 노이즈의 전기적 테스트를 위한 시스템들과 방법들이 개시된다. MEMS 시스템은 테스트 모드를 가지며, 테스트 모드는 마이크로폰의 MEMS 바이어싱 네트워크들을 리셋 모드로 두고, 극성이 제 2 MEMS 센서의 바이어스 전압의 극성과 일치하도록 제 1 MEMS 센서에 대한 제 1 바이어스 전압을 조절하는 것을 포함한다. 이어서, MEMS 바이어싱 네트워크들은 감지 모드로 두어지고, 시스템의 전치증폭기의 출력의 측정에 의해 MEMS 마이크로폰 시스템에 대한 전체 노이즈 값이 얻어진다.

Description

생산 중에 MEMS 마이크로폰들의 모든 전기적 노이즈 테스팅을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALL ELECTRICAL NOISE TESTING OF MEMS MICROPHONES IN PRODUCTION}
본 출원은 2014년 3월 17일 출원된 미국 가출원 번호 61/954,284의 이익을 청구하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
생산 중에 MEMS 마이크로폰들의 모든 전기적 노이즈 테스팅을 위한 시스템 및 방법이 있다.
본 발명은 방음 기술들을 사용하지 않고서 전량 생산(full-volume production) 중에 고성능 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS: Micro-Electro-mechanical Systems) 마이크로폰들의 노이즈 테스팅에 관한 것이다. 생산 중에 MEMS 마이크로폰들을 음향적으로 테스트하는 것은 값비싸며, 현재의 테스팅 방법은 생산 중에 65dB+ 신호-대-잡음비(SNR) 마이크로폰들을 비용 효과적으로 테스트할 수 없다.
본 발명의 한 실시예는 다중막(multi-membrane) 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 마이크로폰에서 전체 노이즈를 테스트하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 두 개의 MEMS 센서들, 두 개의 MEMS 바이어싱 네트워크들, 차동 전치증폭기, 및 프로세서를 갖는 MEMS 마이크로폰을 포함한다. 상기 프로세서는 테스트 모드에 진입하기 위한 신호를 수신할 때 상기 MEMS 바이어싱 네트워크들을 리셋 모드로 둘 것이고, 제 1 MEMS 센서에 대한 바이어스 전압을 조절하여 제 2 MEMS 센서의 바이어스 전압의 극성과 일치시킬 것이다. 그러고 나서 상기 프로세서는 상기 바이어스 전압들이 정착(settle)되기를 기다리며, 상기 MEMS 바이어싱 네트워크들을 감지 모드에 둔다. 그러면, MEMS 마이크로폰 시스템에 대한 전체 노이즈 값이 얻어질 것이다. 일단 전체 노이즈 값이 얻어지고 나면, 상기 프로세서는 제 2 신호를 수신할 때 상기 테스트 모드를 종료할 것이다.
일부 실시예들에서, 상기 전체 노이즈 값은 차동 증폭기의 출력 전압을 측정함으로써 얻어진다.
일부 실시예들에서, 상기 MEMS 마이크로폰 및 상기 프로세서는 단일의 패키지로 결합된다.
일부 실시예들에서, 프로세서는 주변 노이즈 레벨 및 등가 입력 노이즈 레벨을 수신할 수 있으며, 상기 주변 노이즈 레벨 및 상기 등가의 입력 노이즈 레벨로부터 원하는 리젝션(rejection) 레벨을 결정할 것이다. 이후 상기 프로세서는 양쪽 MEMS 센서들로부터 동일한 파라미터에 대한 값들을 수신하고, 상기 파라미터들로부터 불일치 백분율을 결정한다. 일부 실시예들에서, 상기 파라미터들은 MEMS 센서들의 감도(sensitivity)가 된다. 이후 상기 프로세서는 상기 불일치 값으로부터 불일치 효과(mismatch effect)를 결정하고, 상기 불일치 효과를 상기 원하는 리젝션 레벨과 비교한다. 상기 리젝션 레벨이 상기 불일치 효과를 초과할 때, 상기 프로세서는 상기 불일치 백분율을 낮추도록 교정 조치(corrective action)를 취한다. 일부 실시예들에서, 이러한 교정 조치는 상기 센서들의 하나 또는 양쪽에 대한 바이어스 전압들을 조절하는 것을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 테스트 모드를 종료하는 것은 상기 MEMS 바이어싱 네트워크들을 리셋 모드에 두고, 상기 MEMS 센서들에 대한 바이어스 전압들을 조절하여 이들이 반대 극성을 갖게 하고, 상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 감지 모드로 두고, 정규 동작 모드를 재개하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS) 마이크로폰 시스템에서 노이즈를 테스트하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 프로세서를 사용하여 MEMS 바이어싱 네트워크들을 리셋 모드로 둔다. 그러면 상기 프로세서는 제 1 MEMS 센서에 대한 바이어스 전압을 조절하여, 제 2 MEMS 센서의 바이어스 전압의 극성과 일치하게 한다. 이어서 상기 프로세서는 상기 바이어스 전압들이 정착되기를 기다리고, 상기 MEMS 바이어싱 네트워크들을 감지 모드로 둔다. 그러면 상기 MEMS 마이크로폰 시스템에 대한 전체 노이즈 값이 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 양태들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 명백하게 될 것이다.
도 1은 이중막(dual-membrane) MEMS 마이크로폰을 나타내는 구조적 블록도.
도 2는 이중막 MEMS 마이크로폰의 노이즈 레벨을 결정하기 위한 방법을 나타내는 블록도.
도 3는 노이즈 테스팅의 정확성을 개선하기 위해 이중막 MEMS 마이크로폰을 일치시키기 위한 방법을 나타내는 블록도.
본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 다음의 설명들에 제시된 또는 다음의 도면들에 나타낸 구성의 세부사항들과 구성요소들의 배열들에 대한 그 적용에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능하며 다른 방법들로 실행 또는 수행될 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 시스템들 및 방법들은 일반적으로 이중막 MEMS 마이크로폰들을 언급하지만, 이들은 대개는 다중막 MEMS 마이크로폰에 적용될 수 있다.
복수의 하드웨어 및 소프트웨어 기반의 디바이스들과 복수의 상이한 구조적 구성요소들이 본 발명을 실행하는데 사용될 수 있다는 것을 유의해야한다. 또한, 본 발명의 실시예들은, 논의의 목적으로 주요한 구성요소들이 하드웨어에서 단독으로 시행된 것처럼 나타내거나 기술될 수도 있는 하드웨어, 소프트웨어, 및 전자 구성요소들 또는 모듈들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하지만, 당업자는 본 상세한 설명을 보고서, 적어도 하나의 실시예에서 본 발명의 전자 기반의 양태들이 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행가능한 소프트웨어(예를 들면, 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장됨)로 시행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그와 같이, 복수의 하드웨어 및 소프트웨어 기반의 디바이스들과 복수의 상이한 구조적 구성요소들이 본 발명을 실행하는데 활용될 수 있다는 것을 유의해야한다. 예를 들면, 본 명세서에 기술된 "제어 유닛", "제어기", "프로세서", 및 "회로"는 하나 이상의 프로세서들, 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하는 하나 이상의 메모리 모듈들, 하나 이상의 입력/출력 인터페이스들, 및 구성요소들을 접속하는 다양한 접속부들(예를 들면, 시스템 버스)을 포함할 수 있다.
생산 환경에서 백그라운드 노이즈(즉, 주변 노이즈)는 MEMS 마이크로폰 테스팅 시스템에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 백그라운드 노이즈는 예를 들면, MEMS 마이크로폰의 외부에 있게 되는, 차량들, 대화, 이동, 시설 장비, 진동, 등을 포함한다. 백그라운드 노이즈는 테스팅 프로세스 동안 일정할 수 있거나 또는 때때로는 빠르게 변화할 수 있다. 모든 백그라운드 노이즈의 합은 외부 음압 레벨(SPL)을 결정하도록 데시벨(dBs)로 측정될 수 있다.
MEMS 마이크로폰은 외부의 음향 노이즈 소스들을 감지하고 이들 음향 입력들을 전기적 출력들로 변환하도록 용량성 센서를 사용한다. 또한 상기 출력에는 MEMS 마이크로폰 자체의 개별적인 기계적 및 전기적 노이즈(자체-노이즈)가 포함된다. MEMS 마이크로폰의 자체-노이즈에 의해 야기된 출력의 부분은 등가의 입력 노이즈(EIN)로 표현되며, 이는 dB로 측정되는 이론적인 외부 음향 노이즈 소스가 되고, 상기 자체-노이즈와 동일한 출력을 생성할 것이다. MEMS 마이크로폰에 대한 EIN의 dB은 그 제작 설명서로부터 공지된다. 테스팅 동안 MEMS 마이크로폰에 대한 EIN의 dB이 허용가능한 범위보다 높게 그 설명서 레벨을 초과한다면, MEMS 마이크로폰은 테스트에 불합격한다. MEMS 마이크로폰의 자체 노이즈가 정확히 측정될 수 있다면, MEMS 마이크로폰에 대한 신호-대-잡음비(SNR)는 정확하게 결정될 수 있다.
하지만, MEMS 마이크로폰들은 높은 SNR을 갖기 때문에, MEMS 마이크로폰의 출력 신호의 자체-노이즈 성분의 측정치는 외부 노이즈에 의해 없어질 수 있다. 일반적으로, MEMS 마이크로폰 테스팅 동안, 외부 노이즈 SPL을 낮추는 것은 MEMS 마이크로폰들의 정확한 테스팅을 달성하는데 바람직하다. 이러한 것은 통상적으로 마이크로폰 테스팅 시스템에 대한 음향 및 진동 분리를 통해 달성되지만, 이러한 분리는 값비쌀 수 있고, 외부 노이즈 SPL을 원하는 레벨들로 효과적으로 낮추지 못할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 음향 및 진동 분리를 고려하지 않고서 전량 생산에서 고성능 MEMS 마이크로폰들의 신뢰가능한 자체-노이즈 테스팅을 가능하게 한다. 본 발명은 다중막 MEMS 마이크로폰의 자체-노이즈 레벨을 테스트하기 위해 전기적 입력들 및 측정치들을 이용한다. 이러한 것은 65dB보다 높은 것과 같은 높은 신호-대-잡음비들을 갖는 MEMS 마이크로폰들의 테스팅을 효과적인 비용으로 가능하게 한다.
도 1은 이중막 MEMS 마이크로폰(10)의 구조적 블록 다이어그램의 표현을 나타낸다. MEMS 마이크로폰(10)은 두 개의 MEMS 센서들(12A, 12B), 두 개의 MEMS 바이어싱 네트워크들(14A, 14B), 테스팅 회로(16), 두 개의 입력 바이어스 전압 노드들(18A, 18B), 두 개의 출력 바이어스 전압 노드들(20A, 20B), 두 개의 MEMS 전압 노드들(22A, 22B), 차동 전치증폭기(24), 및 두 개의 출력 전압 노드들(26A, 26B)을 포함한다. 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)은 일치하는 전기적 및 기계적 특성들을 가지며, 서로 간에 동상(in phase)으로 이동하도록 구성되고 배치된다. 테스팅 회로(16)(예를 들면, 프로세서, ASIC, 등)는 외부의 생산 및 시험 장치로부터의 신호를 수신하도록 구성될 수 있으며, 두 개의 MEMS 센서들(12A, 12B) 및 MEMS 바이어싱 네트워크들(14A, 14B)에 접속된다. 상기 신호들은 명시된 전압 레벨들에서 테스팅 회로(16)의 특정 핀, 입력, 또는 노드에 인가된다. 바이어스 전압들은 상기 입력 바이어스 전압 노드들(18A, 18B)로 인가된다. 바이어스 전압들의 진폭은 MEMS 마이크로폰(10)의 제조 설명서, MEMS 마이크로폰(10)의 사용 목적, 및 다른 인자들에 기초하여 미리 결정된다. MEMS 마이크로폰(10)의 정규 동작에서, 입력 바이어스 전압 노드(18A)는 포지티브 전압에 있으며, 입력 바이어스 전압 노드(18B)는 네가티브 전압에 있다. 상기 마이크로폰의 정규 동작 동안, 상기 테스팅 회로(16)는 상기 입력 바이어스 전압 노드들(18A, 18B)로부터 출력 바이어스 전압 노드들(20A, 20B) 각각으로 변하지 않는 바이어스 전압들을 통과시키도록 구성된다. 테스팅 동안, 상기 테스팅 회로(16)는 테스팅을 달성하기에 적합하도록 상기 출력 바이어스 전압 노드들(20A, 20B)에서 MEMS 센서들(12A, 12B)에 제공하는 바이어스 전압들을 변경할 수 있다. 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)은 상기 테스팅 회로(16) 및 상기 MEMS 전압 노드들(22A, 22B)에 접속된다. 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)은 리셋 모드로서 또한 공지된 것으로 바이어스 전압이 커패시터들을 충전하도록 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)에 인가되는 저 임피던스 상태와, 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)이 상기 바이어스 전압으로부터 분리되는 고 임피던스 상태 사이에서 스위칭할 수 있다. 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)은 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)이 감지 모드로서 또한 공지된 상기 고 임피던스 상태에 있을 때 동작한다. 상기 테스팅 회로(16)는 테스팅을 달성하기에 적합하도록 임피던스 상태들 사이에서 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)을 스위칭하도록 구성가능하다. 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)의 출력 신호들은 MEMS 전압 노드들(22A, 22B)에 각각 존재하며, 차동 전치증폭기(24)에 연결된다. 상기 차동 전치증폭기(24)는 출력 바이어스 전압 노드들(20A, 20B)에 존재하는 바이어스 전압들의 극성들에서의 반전(inversion)에 의해 생성된 차동 입력을 수신한다. 상기 차동 전치증폭기(24)는 출력 전압 노드들(26A, 26B)에서 MEMS 마이크로폰의 출력 신호를 출력한다. 상기 출력 신호는 테스팅 동안 또는 상기 MEMS 마이크로폰(10)의 정규 동작 동안 외부 장비에 의해 판독될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, MEMS 마이크로폰(10)은 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)에 대한 자체-노이즈 및 MEMS 마이크로폰(10)에 대한 전체 노이즈를 결정하기 위해 방법(30)을 이용할 수 있다. 테스팅 회로(16)는 테스트 모드에 진입하기 위한 신호를 수신하여, 테스트 모드에 진입하고(블록 32), MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)을 리셋 모드에 둔다(블록 34). 이어서 상기 테스팅 회로는 (입자들, 좋지 못한 산화물 품질, 실리콘 접합 손상 등으로 인한) 어떠한 고장을 유도하기 위해 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)에 최대 크기의 바이어스 전압을 인가하고, 상기 테스팅 회로(16)는 출력 바이어스 전압 노드들(20A, 20B)을 공통 극성으로 설정하도록 입력 바이어스 전압 노드들(18A, 18B)로부터 수신된 입력 바이어스 전압들을 조절한다(블록 36). 이후 상기 테스팅 회로(16)는 상기 바이어스 전압들이 정착하도록 짧은 시간(수십 밀리초 정도)을 대기하며(블록 38), 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)을 다시 감지 모드로 둔다(블록 40).
적절한 실시예들에서, 상기 차동 전치증폭기(24)는 매우 양호한 공통 모드 제거비(CMRR: common mode rejection ratio)를 가지며(예를 들면, ＞40-60dB), 그에 따라 그 양쪽 입력들에 대해 공통인 신호들을 없애거나 또는 리젝트하도록 동작할 것이다. 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)은 일치하는 전기적 및 기계적 특성들을 가지며, 서로 간에 동상으로 이동하도록 구성되어 배치되고, 그에 따라 동일한 음향 자극에 응답하여 동일한 출력 신호들을 생성할 것이다. 하지만, 정규 동작 모드 동안, 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)은 반대 극성들로 바이어스되며, 동일한 음향 입력들에 의해 야기되기는 하지만 상기 출력 신호들은 상기 차동 전치증폭기(24)에 의해 리젝트되지 않으며, 상기 출력 전압 노드들(26A, 26B)에 결합되어 통과된다. 역으로, 테스트 모드 동안, 상기 차동 전치증폭기에 대한 양쪽 입력들은 공통 극성을 가지며, 상기 차동 전치증폭기(24)는 MEMS 마이크로폰(10)에 대한 외부 음향 입력들에 의해 생성된 출력 신호들의 부분을 리젝트한다. 양쪽 MEMS 센서들(12A, 12B)에 공통이지 않은 출력들의 부분들만이 상기 차동 전치증폭기(24)를 통과하게 된다. 이들 출력들은 각각의 MEMS 센서(12A, 12B)의 자체-노이즈에 의해 야기된 것이며, 상기 차동 전치증폭기(24)에 의해 결합된다. 그 결과는 MEMS 마이크로폰(10)의 전체 노이즈가 되며, 이는 출력 전압 노드들(26A, 26B)의 양단에서 측정된다(블록 42). 상기 차동 전치증폭기(24)가 생산과 테스팅 환경에서의 주변 노이즈와 같은 외부 음향 입력들에 의해 야기된 신호들을 리젝트하기 때문에, 상기 마이크로폰을 음향적으로 분리하지 않고서 상기 MEMS 마이크로폰(10)의 전체의 자체-노이즈를 측정하는 것이 가능하다.
상기 전체 노이즈 측정이 취해진 후, 상기 테스팅 회로(16)는 테스트 모드를 종료하기 위한 신호를 수신한다(블록 44). 그리고, 상기 테스팅 회로는 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)을 리셋 모드로 두고(블록 34), 상기 입력 바이어스 전압 노드들(18A, 18B)로부터 수신된 바이어스 전압들을 조절하는 것을 멈추며, 이러한 것은 상기 출력 바이어스 전압 노드들(20A, 20B)을 반대 극성으로 되돌린다(블록 48). 이어서 테스팅 회로(16)는 상기 바이어스 전압들이 정착하도록 짧은 시간(수십 밀리초 정도)을 대기하며(블록 50), 상기 MEMS 바이어스 네트워크들(14A, 14B)을 다시 감지 모드로 둔다(블록 52). 최종적으로, 상기 테스팅 회로(16)는 테스트 모드를 종료하고, 정규 동작 모드로 돌아간다(블록 54).
상기한 바와 같이, 방법(30)은 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)이 일치하는 전기적 및 기계적 특성들을 갖는다는 것을 추정하여 수행된다. 통상적으로, 이러한 것은 이중막 MEMS 마이크로폰의 경우가 된다. 하지만, 상기 특성들이 불일치한다면, 이러한 것은 MEMS 마이크로폰(10)의 전체 노이즈를 검출하기 위해 방법(30)의 능력을 낮출 수 있다. 불일치된 특성들의 효과들은 더 높은 주변 노이즈 SPL를 갖는 환경들에서 더욱 두드러질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 불일치 특성들의 효과들을 검출하고 완화하기 위해 방법(80)이 사용된다. 방법(80)은 MEMS 마이크로폰(10)의 외부 장비 또는 양쪽의 조합을 테스트함으로써 상기 테스트 회로(16)에 의해 수행된다. 먼저, 주변 노이즈의 SPL이 dB로 측정된다(블록 82). 다음으로, 정확한 테스팅을 위해 요구된 리젝션(rejection)의 양이 결정된다(블록 84). 주어진 생산 환경에서 MEMS 센서들(12A, 12B)을 테스트하는데 필요한 리젝션은 다음의 수식을 사용하여 결정된다:
(dBSPL - dBEIN) + 10dB = dBREJ
여기서, dBSPL은 생산 환경의 주변 노이즈의 음압 레벨이고, dBEIN은 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)의 지정된 EIN이며, dBREJ는 생산 환경에서 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)을 테스트하는데 필요한 리젝션 레벨이다. 이상적으로는, 외부 노이즈는 MEMS 마이크로폰(10)의 내부 노이즈의 적어도 10dB 아래로 리젝트되어야 한다. 리젝션의 이러한 추가의 10dB은 dBREJ를 결정할 때 고려된다.
이어서, 상기 MEMS 센서들(12A, 12B) 사이의 불일치의 백분율이 상기 MEMS 센서들의 커패시턴스 또는 감도(sensitivity)와 같은 특성을 비교함으로써 결정된다(블록 86). 상기 MEMS 센서들(12A, 12B)의 전기적 및 기계적 특성들은 전통적인 음향 테스팅을 사용하여 또는 전기적 자체-테스팅의 사용을 통하여 측정될 수 있다. 측정 기술과는 무관하게, 상기 MEMS 센서들(12A, 12B) 각각의 특성들은 개별적으로 측정되어야 한다. 이러한 것은 불능으로 하는 제로까지의 테스트가 아니게 상기 MEMS 센서들의 바이어스 전압을 낮추고, 다른 MEMS 센서를 테스트함으로써 달성될 수 있다.
이어서 상기 불일치의 효과가 다음의 수식을 사용하여 dB로 결정된다(블록 88):
log(Mismatchpercent) × 20 = dBMIS
여기서, Mismatchpercent는 십진법으로 표시된 불일치의 백분율이고, dBMIS는 dB로 나타낸 불일치의 효과이다(예를 들면, 1% 불일치는 -40dB 효과: log(.01)*20 = -40dB).
다음 단계에서, dBREJ 및 dBMIS가 비교된다(블록 90). dBMIS가 dBREJ 보다 크다면, 불일치를 고려하는 조절은 필요치 않고(블록 92), 방법(30)을 사용하여 MEMS 마이크로폰을 테스트한다. 하지만, dBMIS가 dBREJ 이하이면, dBREJ 보다 커질 때까지 dBMIS의 값을 증가시키도록 불일치가 감소되어야 한다. 테스트 회로(16)는 상기 특성에서의 변경을 이루도록 상기 MEMS 센서들(12A, 12B) 중 하나 또는 양쪽 모두에 대한 바이어스 전압을 조절함으로써 상기한 바를 달성할 수 있다(블록 94). 예를 들면, 하나의 센서의 감도가 다른 것보다 낮다면, 감도들이 일치하도록 바이어스 전압들이 상향 또는 하향 조절될 수 있다. 이러한 일치가 달성될 때, 테스팅 회로(16)는 방법(30)을 처리할 수 있으며, 이때 디폴트 바이어스 전압들과는 다른 새로운 바이어스 전압들을 사용하여 그에 따라 상기 불일치를 최소화하고 상기 노이즈 테스팅의 정확도를 증가시킨다.
따라서, 본 발명은 무엇보다도 생산 테스트 작업장에 존재하는 공통의 외부 음향 및 진동 변질에 의해 제한되지 않는 이중막 MEMS 마이크로폰에 대한 SNR 값들 및 신뢰가능한 전체 시스템 노이즈(전기적 플러스 음향/기계적)를 얻기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다. 본 발명의 다양한 특징들 및 이점들이 다음 청구범위에서 제시된다.
10: MEMS 마이크로폰
14A, 14B: MEMS 바이어싱 네트워크
16: 테스팅 회로
24: 차동 전치증폭기

Claims (13)

  1. MEMS(마이크로 전자 기계 시스템) 마이크로폰 시스템에 있어서:
    일치하는 전기적 및 기계적 특성들을 가지는 제 1 및 제 2 MEMS 센서, 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크, 및 차동 전치증폭기를 포함하는 MEMS 마이크로폰; 및
    프로세서로서,
    제 1 신호를 수신할 때 테스트 모드를 활성화하고,
    제 2 신호를 수신할 때 상기 테스트 모드를 종료하도록 구성되는 상기 프로세서를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 센서의 출력들은 상기 차동 전치증폭기의 입력들에 결합되고,
    상기 테스트 모드는,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 리셋 모드로 두고,
    상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 바이어스 전압의 제 1 극성이 상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 바이어스 전압의 제 2 극성과 일치하도록 상기 제 1 MEMS 센서에 대한 제 1 바이어스 전압을 조절하고,
    정착 시간(settling time) 동안 대기하고,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 감지 모드로 두고,
    상기 MEMS 마이크로폰 시스템에 대한 전체 노이즈 값을 얻는 것으로서, 상기 차동 전치증폭기에 대한 양쪽 입력들이 공통 극성을 가질 때, 상기 차동 전치증폭기의 출력을 측정하는 것을 포함하는, 상기 전체 노이즈 값을 얻는 것을 포함하는, MEMS 마이크로폰 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 MEMS 마이크로폰 및 상기 프로세서는 단일 패키지로 결합되는, MEMS 마이크로폰 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 또한,
    주변 노이즈 레벨을 수신하고,
    등가의 입력 노이즈 레벨을 수신하고,
    상기 주변 노이즈 레벨 및 상기 등가의 입력 노이즈 레벨로부터 원하는 리젝션(rejection) 레벨을 결정하고,
    상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 파라미터를 수신하고,
    상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 파라미터를 수신하고,
    상기 제 1 및 제 2 파라미터들로부터 불일치 백분율 값을 결정하고,
    상기 불일치 백분율 값으로부터 불일치 효과(mismatch effect) dB 값을 결정하고,
    상기 불일치 효과 dB 값을 상기 원하는 리젝션 레벨과 비교하고,
    상기 리젝션 레벨이 상기 불일치 효과 dB 값을 초과할 때 상기 불일치 백분율 값을 낮추도록 교정 조치(corrective action)를 취하도록 구성되고,
    상기 교정 조치는 상기 제 1 바이어스 전압 및 상기 제 2 바이어스 전압 중 적어도 하나를 조절하는 것을 포함하는, MEMS 마이크로폰 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 감도(sensitivity)이고, 상기 제 2 파라미터는 상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 감도인, MEMS 마이크로폰 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 테스트 모드를 종료하는 것은,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 상기 리셋 모드로 두고,
    상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 바이어스 전압의 제 1 극성이 상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 바이어스 전압의 제 2 극성과 반대가 되도록 상기 제 1 MEMS 센서에 대한 제 1 바이어스 전압을 조절하고,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 상기 감지 모드로 두고, 정규 동작 모드를 재개하는 것을 포함하는, MEMS 마이크로폰 시스템.
  8. 프로세서를 포함하는 MEMS(마이크로 전자 기계 시스템) 마이크로폰 시스템에서 노이즈를 테스트하는 방법에 있어서:
    상기 프로세서에 의해, 제 1 MEMS 바이어싱 네트워크 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크를 리셋 모드로 두는 단계,
    제 1 MEMS 센서의 제 1 바이어스 전압의 제 1 극성이 제 2 MEMS 센서의 제 2 바이어스 전압의 제 2 극성과 일치하도록 상기 프로세서에 의해 상기 제 1 MEMS 센서에 대한 제 1 바이어스 전압을 조절하는 단계,
    정착 시간 동안 대기하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 감지 모드로 두는 단계, 및
    상기 MEMS 마이크로폰 시스템에 대한 전체 노이즈 값을 얻는 단계로서, 차동 전치증폭기에 대한 양쪽 입력들이 공통 극성을 가질 때, 상기 차동 전치증폭기의 출력을 측정하는 단계를 포함하는, 상기 전체 노이즈 값을 얻는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 센서는 일치하는 전기적 및 기계적 특성들을 가지고,
    상기 제 1 및 제 2 MEMS 센서의 출력들은 상기 차동 전치증폭기의 입력들에 결합되는, MEMS 마이크로폰 시스템에서 노이즈를 테스트하는 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서에 의해, 주변 노이즈 레벨을 수신하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 등가의 입력 노이즈 레벨을 수신하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 주변 노이즈 레벨 및 상기 등가의 입력 노이즈 레벨로부터 원하는 리젝션 레벨을 결정하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 파라미터를 수신하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 파라미터를 수신하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 및 제 2 파라미터들로부터 불일치 백분율 값을 결정하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 불일치 백분율 값으로부터 불일치 효과 dB 값을 결정하는 단계,
    상기 프로세서에 의해, 상기 불일치 효과 dB 값을 상기 원하는 리젝션 레벨과 비교하는 단계,
    상기 리젝션 레벨이 상기 불일치 효과 dB 값을 초과할 때 상기 프로세서에 의해 상기 불일치 백분율 값을 낮추도록 교정 조치를 취하는 단계를 더 포함하고,
    상기 교정 조치는 상기 제 1 바이어스 전압 및 상기 제 2 바이어스 전압 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하는, MEMS 마이크로폰 시스템에서 노이즈를 테스트하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 파라미터는 상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 감도이고, 상기 제 2 파라미터는 상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 감도인, MEMS 마이크로폰 시스템에서 노이즈를 테스트하는 방법.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 및 제 2 제 MEMS 바이어싱 네트워크들을 상기 리셋 모드로 두는 단계,
    상기 제 1 MEMS 센서의 제 1 바이어스 전압의 제 1 극성이 상기 제 2 MEMS 센서의 제 2 바이어스 전압의 제 2 극성과 반대가 되도록 상기 프로세서에 의해 상기 제 1 MEMS 센서에 대한 제 1 바이어스 전압을 조절하는 단계, 및
    상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 및 제 2 MEMS 바이어싱 네트워크들을 상기 감지 모드로 두는 단계를 더 포함하는, MEMS 마이크로폰 시스템에서 노이즈를 테스트하는 방법.
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