使用RF功率檢波器和分立元件的ASK/OOK接收器的實(shí)現(xiàn)

介紹

幅度偏移鍵控（ASK）是一種流行的調(diào)制技術(shù)，用于大量低頻RF應(yīng)用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。當(dāng)源想要發(fā)送“1”時，它會發(fā)送一個大的振幅載波，當(dāng)它想要以最簡單的形式發(fā)送一個“0”時，它會發(fā)送一個小幅度載波。ASK方法的進(jìn)一步簡化是開關(guān)鍵（OOK）調(diào)制，其中源在想要發(fā)送“0”時發(fā)送NO載波。

ASK和OOK通信協(xié)議通常用于短距離無線應(yīng)用，例如家庭自動化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、無線基站、遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入（RKE）和胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）。OOK在電池供電的便攜式應(yīng)用中特別受歡迎，因?yàn)榇祟愊到y(tǒng)可以在（不）發(fā)送“0”時節(jié)省發(fā)射功率。所涉及的載波頻率可能因應(yīng)用而異。例如，~2MHz用于基站中的一些低頻有線通信（例如AISG協(xié)議），而~433MHz是使用工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段的短距離無線通信的典型特征。

各種無線技術(shù)，包括藍(lán)牙、ZigBee和Wi-Fi，在當(dāng)今的消費(fèi)世界中取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。這些協(xié)議提供了設(shè)備之間的安全通信手段，通常使用頻移鍵控 （FSK）、相移鍵控 （PSK） 和移幅鍵控 （ASK） 或幅度調(diào)制的組合在 2.4GHz ISM 頻段工作。這些方法提供的安全性包括信道跳頻和擴(kuò)頻通信模式。這樣的方案可能很難被偷聽，提供更高的安全性以及更好的抗噪能力。所有這些方法在發(fā)送“1”和“0”時都會消耗傳輸能量。不幸的是，這些協(xié)議也相對復(fù)雜，并且硬件實(shí)現(xiàn)成本很高，特別是如果安全性和高抗噪性不是預(yù)定要求。

Wi-Fi專門針對高數(shù)據(jù)速率，覆蓋范圍廣泛的應(yīng)用，對于只需要簡單控制和監(jiān)控的應(yīng)用來說，可能被認(rèn)為是矯枉過正的。ZigBee被認(rèn)為是即將到來的傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理想選擇，而藍(lán)牙已經(jīng)在一系列消費(fèi)類音頻設(shè)備和個人無線設(shè)備中得到了認(rèn)可。表 1 提供了藍(lán)牙、ZigBee 和 ASK/OOK 方法的各種性能特性的簡單比較。

簡單的 ASK/OOK 硬件實(shí)現(xiàn)已成為相對簡單的選擇，因?yàn)樗鼈冊跇O長壽命的電池供電應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)成本低。如果可以訪問點(diǎn)對點(diǎn)有線基礎(chǔ)設(shè)施和無線紅外鏈路，它們也是一個不錯的選擇。根據(jù)應(yīng)用的不同，替代技術(shù)的實(shí)施成本可能高出 2 到 5 倍。如有必要，通過在發(fā)射器和接收器之間加入雙向詢問方案（例如通過交換特殊代碼），仍然可以在這些鏈路上覆蓋安全性。與OOK相比，ASK以比FSK更低的成本提供更好的抗噪性，但它的功耗水平高于OOK。

亞世科應(yīng)用

ASK接收器前端通常由三個模塊組成：用于從寬帶輸入噪聲頻譜中識別目標(biāo)載波頻率的輸入帶通濾波器，用于提取目標(biāo)信息的包絡(luò)檢波器，以及用于獲取二進(jìn)制輸出的比較器。比較器觸發(fā)閾值來自包絡(luò)檢波器本身的輸出;這使得閾值電平能夠隨著接收到的信號電平自動縮放，該電平可能因通道長度和發(fā)射機(jī)強(qiáng)度而異。

前端的一種可能實(shí)現(xiàn)方案是MAX9933，這是一款RF功率檢波器，可以讀取45MHz至2.1GHz動態(tài)范圍為6dB的輸入信號。特別是，它提供與-58dBV至-13dBV（即1.25mV）之間的信號電平成比例的對數(shù)電壓有效值至 223mV有效值).圖1所示為ASK接收器信號鏈中的MAX9933 RF檢波器。

圖1.MAX9933 RF檢波器在ASK應(yīng)用中的電路

饋入RFIN引腳的RF信號是外部交流耦合的。由于MAX9933為峰值響應(yīng)RF檢波器，因此它基本上用作簡單的包絡(luò)檢波器，即使對于小的毫伏級信號也是如此。輸入RF電壓幅值與輸出直流電壓的對數(shù)傳遞功能提供了與dB成比例的特性，使得MAX9933對極小的信號極為敏感。因此，MAX9933允許ASK接收器輕松區(qū)分小輸入“1”和“0”信號電平。濾波電容C的值中電決定芯片輸出端的響應(yīng)帶寬，因此由預(yù)期數(shù)據(jù)速率決定。圖2所示為MAX9933作為包絡(luò)檢波器測試時產(chǎn)生的輸出波形，以及MAX9030比較器與自適應(yīng)基準(zhǔn)配合產(chǎn)生數(shù)字輸出位時產(chǎn)生的輸出波形。測試波形具有10MHz載波頻率和40kbps數(shù)據(jù)速率。C 的值中電該測試為150pF，R-C濾波器由一個100kΩ電阻和一個0.22μF電容組成。

圖2.MAX9933 RF檢波器在10kbps數(shù)據(jù)速率下對調(diào)制頻率為40MHz的RF輸入信號的響應(yīng)。兩個波形顯示（a）-10dBm和-20dBm ASK信號以及（b）-40dBm OOK信號對輸入信號（藍(lán)色）的輸出響應(yīng)（黃色）。MAX9030比較器輸入端的兩個波形在底部以粉紅色和綠色顯示。

OOK 應(yīng)用程序

MAX9930為RF功率檢測控制器，設(shè)計(jì)用于自動增益控制（AGC）環(huán)路中功率放大器（PA）的反饋控制環(huán)路。但是，當(dāng)配置為開環(huán)時（即，沒有PA來閉合從OUT到RFIN的反饋回路），它可以很容易地用于OOK應(yīng)用，如圖3所示。REF電壓表示遠(yuǎn)低于應(yīng)用中接收的最低“1”信號電平的閾值，可用于提取OOK信息。

圖3.顯示MAX9930 RF檢測控制器在OOK應(yīng)用中的電路。

通過RFIN引腳饋送的RF信號再次通過外部交流耦合到芯片中。MAX9930控制器的前端為峰值檢波器，在內(nèi)部檢測輸入RF信號的峰值。然后，饋入SET引腳的電壓充當(dāng)比較器門限，非常適合OOK檢測。電阻器 RFB和 R在提供比較器遲滯以提高抗噪性，RFB在 300kΩ 和 R 下選擇在在 10kΩ 時;C中電可以最小化以提高數(shù)據(jù)速率。在圖4中，測試結(jié)果顯示了與圖2測試相同的輸入條件。

圖4.MAX9930射頻檢測控制器對RF輸入信號的響應(yīng)，調(diào)制頻率為10MHz，數(shù)據(jù)速率為40kbps，OOK信號為-40dBm參考電壓設(shè)定為500mV。輸出數(shù)字位顯示為黃色，輸入RF信號為藍(lán)色。

OOK 發(fā)射器

OOK變送器的簡單性是無與倫比的。它非常簡單地涉及向PA發(fā)送載波，為天線/電纜供電以傳輸“1”或不發(fā)送任何內(nèi)容以傳輸“0”。MAX1472 VHF/UHF發(fā)送器是一個很好的例子，它利用輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流調(diào)制饋送功率放大器的晶體PLL振蕩器的輸出。接收器系統(tǒng)可以是 OOK 接收器系統(tǒng)（具有固定閾值）或 ASK 接收器系統(tǒng)（具有自適應(yīng)閾值）。

結(jié)論

在當(dāng)今的互聯(lián)世界中，電路之間需要多種通信模式。ASK和OOK是兩種這樣的協(xié)議，本文介紹了可能的應(yīng)用解決方案及其與市場上其他協(xié)議相比的簡單性。

審核編輯：郭婷