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[導讀] 幅移鍵控(ASK)是一種被廣泛使用在許多低頻射頻應用中的數(shù)字通信調(diào)制技術。最簡單的ASK方式是當信號源要發(fā)送‘1’時,它就發(fā)送一個大幅值的載波,當需要發(fā)送‘0’時,它就發(fā)送一個低幅值的載波

 幅移鍵控(ASK)是一種被廣泛使用在許多低頻射頻應用中的數(shù)字通信調(diào)制技術。最簡單的ASK方式是當信號源要發(fā)送‘1’時,它就發(fā)送一個大幅值的載波,當需要發(fā)送‘0’時,它就發(fā)送一個低幅值的載波。通斷鍵控(OOK)調(diào)制是這種方法的進一步簡化版本,信號源在需要發(fā)送‘0’的時候不用發(fā)送載波。

  ASK和OOK通信協(xié)議通常用在近距離無線通信應用中,例如家庭自動化、工業(yè)網(wǎng)絡、無線基站、遙控無鑰匙進入系統(tǒng)(RKE)以及胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)。OOK特別適合電池供電的便攜式設備使用,因為這樣的系統(tǒng)在發(fā)送‘0’時無需發(fā)送載波,因而可以節(jié)省功率。不同的應用涉及的載波頻率可能變化很大,例如在某些基站的低頻有線通信中約為2MHz,在使用ISM頻段(工業(yè)、科學和醫(yī)療)的短距離無線通信中約433MHz。

  各種無線技術,包括藍牙、ZigBee、Wi-Fi在當前的消費電子行業(yè)中已經(jīng)取得了一定進展。這些協(xié)議提供了設備之間安全通信的機制,通常都工作在2.4GHz的ISM頻段,并且組合使用頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)和幅移鍵控(ASK)調(diào)制技術。這些技術提供的安全性包括通信的信道跳頻和擴頻模式。這種方案很難被偵聽到,因此具有很高的安全性,并能改善抗噪聲性能。所有這些方法在發(fā)送‘0’和‘1’的時候都會消耗發(fā)送功率。遺憾的是,這些協(xié)議還是具有相對較高的復雜性以及較高的硬件實現(xiàn)成本,特別是當安全性和高抗噪聲性不是硬性要求的時候。

  Wi-Fi主要用于高數(shù)據(jù)速率、長距離應用,對于簡單的控制+檢測應用來說可能是大材小用了。ZigBee被認為是新興傳感器網(wǎng)絡的理想選擇,而藍牙在眾多的消費類音頻設備和個人無線設備中得到了廣泛應用。表1對藍牙、ZigBee和ASK/OOK方法的不同性能特征作了簡單對比。

  

 

  表1:藍牙、ZigBee 和ASK/OOK特性的比較

  但簡單的ASK/OOK硬件實現(xiàn)由于成本低已經(jīng)成為優(yōu)先選擇,特別是在使用時間非常長的電池供電應用中,或者接入點對點有線基礎網(wǎng)絡和無線紅外鏈路可能的情況下。針對不同的應用,其他技術的實現(xiàn)成本可能是它的2到5倍。通過在發(fā)送器和接收器之間實現(xiàn)雙向訊問機制仍然可以在這種鏈路上實現(xiàn)足夠的安全性,例如必要時通過交換特殊的代碼。與OOK相比,ASK可以提供更好的抗噪聲性能,而且成本比FSK低,但功耗比OOK高。

  1 MAX9933在ASK接收器信號鏈中的應用

  ASK接收器前端通常由三個模塊組成:用于從寬帶輸入噪聲譜中辨別感興趣載波頻率的輸入帶通濾波器,用于提取感興趣信息的包絡檢波器,以及用于產(chǎn)生二進制輸出的比較器。比較器的觸發(fā)門限電平來自于包絡檢波器本身的輸出;這使得門限電平能隨接收信號電平自動調(diào)整。

  前端的一種可能實現(xiàn)方案是使用射頻功率檢測器MAX9933,它能讀取45dB動態(tài)范圍、頻率為2MHz~1.6GHz的輸入信號。特別是,它能輸出與范圍在-58dBV~-13dBV(即1.25mVrms~223mVrms)內(nèi)的信號電平成正比的對數(shù)電壓。圖1顯示了MAX9933在ASK接收器信號鏈中的應用。

  

 

  圖1:MAX9933在ASK接收器信號鏈中的應用

  饋入到FRIN管腳的射頻信號在外部采用交流耦合的方式。由于MAX9933是峰值響應射頻檢測器,因此它的基本功能是簡單包絡檢波器,即使是對于低至毫伏的信號。用于輸入射頻電壓幅值相對于輸出直流電壓的對數(shù)轉移函數(shù)具有正比于dB的特性,因此MAX9933對非常小的信號非常敏感,使得ASK接收器能輕松區(qū)別輸入的1和0信號電平。電容CCLPF的值決定了芯片輸出端的響應帶寬,該值又取決于預期的數(shù)據(jù)速率。圖2給出了在將功率檢測器當作包絡檢波器進行測試時的輸出波形,其中比較器使用了一個自適應基準來產(chǎn)生數(shù)字輸出位。測試波形具有10MHz的載波頻率和40kbps的數(shù)據(jù)速率。CCLPF濾波電容為150pF,RC濾波器由一個100kΩ電阻和一個0.22μF電容組成。

  

 

  圖2:MAX9933射頻檢測器對調(diào)制頻率為10MHz、數(shù)據(jù)速率為40kbps的射頻輸入信號的響應。 2 MAX9930在OOK系統(tǒng)中的應用情況

  射頻功率檢測控制器MAX9930最初設計用于自動增益控制(AGC)環(huán)路中功率放大器(PA)的反饋控制環(huán)路。然而,當在開環(huán)中進行配置時(即沒有使用PA閉合從“OUT”到“RFIN”之間的反饋環(huán)路),它可以像圖3所示那樣簡單地用于OOK應用中。REF電壓代表在應用中會接收到的低于最低‘1’信號電平的門限電壓,它可以用來提取OOK信息。

  

 

  圖3. MAX9930在OOK應用中的電路

  輸入到RFIN管腳的射頻信號也通過外部交流方式耦合到芯片內(nèi)。MAX9930的前端是一個峰值檢波器,它在內(nèi)部檢測輸入射頻信號的峰值。饋入到SET管腳的電壓用作比較器的門限電壓(適合于OOK檢測)。電阻Rfb和Rin提供比較器遲滯功能以增強抗噪聲性能。電容CCLPF可以盡量小以提高數(shù)據(jù)速率。在與圖2相同的輸入條件下給出了測試結果。比較器遲滯電阻Rfb選用300kΩ,Rin為10kΩ。

  OOK發(fā)送器的簡單性無可匹敵。它只是非常簡單地發(fā)送載波到給天線/電纜饋送信號的功放完成‘1’的發(fā)送,或者什么也不發(fā)送來傳遞信號‘0’。接收器系統(tǒng)既可以是OOK接收器系統(tǒng)(具有固定的門限),也可以是一個ASK接收器系統(tǒng)(具有自適應的門限)。在當今的互聯(lián)世界里,電路之間需要多種通信模式,ASK和OOK就是這樣的兩種協(xié)議。

  

 

  圖4. MAX9930射頻檢測控制器對調(diào)制頻率為10MHz、速率為40kbps、電平為-40dBm OOK調(diào)制的射頻輸入信號的響應。REF設置為500mV。輸出數(shù)字位顯示為黃色,輸入射頻信號為藍色。

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