一種簡單易用的OOK調(diào)制方案介紹

幅移鍵控(ASK)是一種常用的調(diào)制技術(shù)，在眾多低頻RF數(shù)字通信系統(tǒng)中非常普及。當(dāng)需要發(fā)射“1”時(shí)，發(fā)射源發(fā)送較高的載波幅度；發(fā)射“0”時(shí)，采用最簡單的方式發(fā)送出較低的載波幅度。通-斷鍵控(OOK)調(diào)制是一種更簡單的ASK方式，發(fā)射“0”時(shí)，無任何載波信號輸出。

ASK和OOK通信協(xié)議在近距離無線數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用非常廣泛，如家庭自動(dòng)化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、無線基站、遙控鑰匙門禁(RKE)和胎壓檢測系統(tǒng)(TPMS)等。OOK非常適合電池供電的便攜式設(shè)備，因?yàn)樗诎l(fā)射“0” (不發(fā)射)時(shí)可以有效節(jié)省能量。所涉及的載波頻率因具體的應(yīng)用而相差很大。例如：在某些基站的低頻有線通信中約為2MHz (例如：AISG協(xié)議)；有些工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段的近距離無線通信則采用433MHz左右的載頻。

目前，不同的無線通信技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)類產(chǎn)品中取得巨大進(jìn)展，其中包括：Bluetooth®、ZigBee®、Wi-Fi®。這些協(xié)議在設(shè)備之間提供了安全的通信方式，典型工作在2.4GHz ISM頻段，綜合采用頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)和幅移鍵控(ASK)或調(diào)幅等調(diào)制技術(shù)。這些調(diào)制方式的安全措施有通道跳頻和擴(kuò)頻模式等。這些措施很難被竊聽，在提高安全性的同時(shí)也提高了抗干擾能力。所有這些方案在發(fā)射“1”和“0”時(shí)都會(huì)消耗能量，而且這些協(xié)議的復(fù)雜度較高，導(dǎo)致硬件實(shí)現(xiàn)成本高，特別是對于安全性和抗噪聲能力沒有特別要求的應(yīng)用。

Wi-Fi主要定位于高數(shù)據(jù)速率、遠(yuǎn)距離通信，例如：對簡單控制和監(jiān)控要求較高的場合。ZigBee對于將來的現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)非常理想，Bluetooth則被廣泛用于消費(fèi)類音頻產(chǎn)品和個(gè)人無線設(shè)備。表1就Bluetooth、ZigBee和ASK/OOK的不同功能和特點(diǎn)進(jìn)行了簡單對比。

簡單的ASK/OOK，因其低成本特點(diǎn)而成為最直接的選擇方案，特別是對電池壽命要求苛刻的電池供電系統(tǒng)。同樣，它們也非常適合點(diǎn)對點(diǎn)有線設(shè)備的接入應(yīng)用和無線紅外鏈路。根據(jù)不同的應(yīng)用，選用其它技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本會(huì)提高2到5倍。必要時(shí)，在收發(fā)鏈路中增加雙向質(zhì)詢應(yīng)答機(jī)制，交換特殊的代碼，仍可保證安全性。ASK相對于OOK具有更高的抗噪聲能力，成本低于FSK，但其功耗高于OOK。

ASK應(yīng)用

ASK的接收前端通常由三部分組成：用于從寬帶噪聲頻譜提取有用載頻的輸入帶通濾波器、用于提取有用信息的包絡(luò)檢波器、用于獲得二進(jìn)制輸出的比較器。比較器的觸發(fā)門限由包絡(luò)檢波器本身產(chǎn)生，可以自適應(yīng)調(diào)整接收信號的輸出門限，并且可以隨著通道距離和發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。

MAX9933是實(shí)現(xiàn)這種接收前端的一個(gè)可行方案，RF檢波器可以讀取2MHz到1.6GHz，具有45dB動(dòng)態(tài)范圍的輸入信號。特別是可以為-58dBV至-13dBV (即1.25mVRMS至223mVRMS)的信號提供成比例的對數(shù)電壓輸出。圖1給出了ASK接收信號鏈路中的MAX9933 RF檢波器。

圖1. MAX9933 RF檢波器在ASK接收鏈路中的應(yīng)用電路

RF信號通過外部交流耦合饋入RFIN引腳。由于MAX9933是一款峰值響應(yīng)的RF檢波器，本質(zhì)上是一個(gè)簡化的包絡(luò)檢波器，即使是對于微弱的毫伏級信號。其對數(shù)傳輸函數(shù)使得RF電壓幅度與直流輸出之間成對數(shù)(dB)比例關(guān)系，因此，MAX9933對小信號特別敏感。MAX9933允許ASK接收器很容易區(qū)分弱小的“1”、“0”信號。電容CCLPF決定器件輸出的響應(yīng)帶寬，由所要求的輸出數(shù)據(jù)速率決定。圖2給出了當(dāng)MAX9933作為包絡(luò)檢波器檢測時(shí)的輸出波形，MAX9030比較器配合自適應(yīng)參考電壓產(chǎn)生數(shù)字輸出。測試波形是10MHz載頻，數(shù)據(jù)速率為40kbps。CCLPF濾波電容為150pF，R-C 濾波器由100kΩ電阻和0.22µF電容構(gòu)成。

圖2. MAX9933 RF檢波器響應(yīng)波形。RF輸入信號調(diào)制頻率為10MHz，數(shù)據(jù)速率為40kbps。兩個(gè)波形分別是輸出響應(yīng)(黃色)和輸入信號(綠色)，(a) -10dBm和-20dBm ASK信號；(b) -40dBm OOK信號。兩個(gè)波形在MAX9030比較器輸入端的信號分別在底部用粉色和綠色表示。

OOK應(yīng)用

MAX9930 RF功率檢測控制器設(shè)計(jì)用于功放(PA)自動(dòng)增益控制(AGC)的反饋環(huán)路。然而，用于開環(huán)模式時(shí)(即沒有PA提供從OUT到RFIN的反饋回路)，可以很容易實(shí)現(xiàn)圖3所示的OOK通信。REF電壓基準(zhǔn)代表可以收到的“1”門限的最小值，從而提取OOK信息。

圖3. MAX9930 RF檢波控制器的OOK應(yīng)用電路