一種簡(jiǎn)單易用的OOK調(diào)制方案介紹 - 全文

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(jiǎn)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(jiǎn)單的ASK方式，發(fā)射“0”時(shí)，無(wú)任何載波信號(hào)輸出。

ASK和OOK通信協(xié)議在近距離無(wú)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(wú)線基站、遙控鑰匙門(mén)禁(RKE)和胎壓檢測(cè)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(wú)線通信則采用433MHz左右的載頻。

目前，不同的無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)類(lèi)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(tīng)，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(duì)于安全性和抗噪聲能力沒(méi)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(duì)簡(jiǎn)單控制和監(jiān)控要求較高的場(chǎng)合。ZigBee對(duì)于將來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)非常理想，Bluetooth則被廣泛用于消費(fèi)類(lèi)音頻產(chǎn)品和個(gè)人無(wú)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(jiǎn)單對(duì)比。

簡(jiǎn)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(duì)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(duì)點(diǎn)有線設(shè)備的接入應(yīng)用和無(wú)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(duì)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(mén)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(hào)的輸出門(mén)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(hào)。特別是可以為-58dBV至-13dBV (即1.25mVRMS至223mVRMS)的信號(hào)提供成比例的對(duì)數(shù)電壓輸出。圖1給出了ASK接收信號(hào)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(hào)通過(guò)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(jiǎn)化的包絡(luò)檢波器，即使是對(duì)于微弱的毫伏級(jí)信號(hào)。其對(duì)數(shù)傳輸函數(shù)使得RF電壓幅度與直流輸出之間成對(duì)數(shù)(dB)比例關(guān)系，因此，MAX9933對(duì)小信號(hào)特別敏感。MAX9933允許ASK接收器很容易區(qū)分弱小的“1”、“0”信號(hào)。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(cè)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(cè)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(hào)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(hào)(綠色)，(a) -10dBm和-20dBm ASK信號(hào)；(b) -40dBm OOK信號(hào)。兩個(gè)波形在MAX9030比較器輸入端的信號(hào)分別在底部用粉色和綠色表示。

OOK應(yīng)用

MAX9930 RF功率檢測(cè)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(kāi)環(huán)模式時(shí)(即沒(méi)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(mén)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

RF信號(hào)同樣通過(guò)外部交流耦合電容進(jìn)入器件的RFIN引腳。MAX9930控制器前端是一個(gè)峰值檢波器，內(nèi)部檢測(cè)RF信號(hào)的輸入峰值。電壓輸出反饋到SET引腳作為比較器門(mén)限，非常適合OOK檢測(cè)應(yīng)用。電阻RFB和RIN提供比較器的滯回，以提高抗干擾能力，電阻RFB選擇為300kΩ，RIN選擇為10kΩ。為了提高數(shù)據(jù)速率可以選擇盡可能小的CCLPF。圖4給出了與圖2測(cè)試中同樣輸入條件下的測(cè)試結(jié)果。

圖4. MAX9930 RF檢波控制器的響應(yīng)波形。RF輸入信號(hào)調(diào)制頻率為10MHz，數(shù)據(jù)速率為40kbps，OOK信號(hào)為-40dBm，REF設(shè)置為500mV。輸出數(shù)據(jù)以黃色顯示，輸入RF信號(hào)以藍(lán)色顯示。

OOK發(fā)送器

OOK發(fā)送器的簡(jiǎn)單性是其它調(diào)制方案所不及的。僅需要將載波信號(hào)發(fā)送到功放和天線或線纜，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)射“1”的目的，或不發(fā)射任何信號(hào)即代表發(fā)射“0”。MAX1472 VHF/UHF發(fā)送器是一款非常好的應(yīng)用選擇，采用輸入數(shù)字流調(diào)制基于晶體的PLL振蕩器的輸出，最后饋送到功放。接收系統(tǒng)可以是OOK接收機(jī)系統(tǒng)(固定門(mén)限)或ASK接收系統(tǒng)(自適應(yīng)門(mén)限)。

結(jié)論

在當(dāng)前的互聯(lián)世界，電路之間需要多種模式的通信方式。ASK和OOK提供了兩個(gè)這樣的協(xié)議，上述電路提供了可行的應(yīng)用方案，與市場(chǎng)上的其它通信協(xié)議相比結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
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