ISM-RF接收机中的静噪

许多工业/科学/医疗（ISM）频段射频（RF）接收器使用简单的外部数据切片器来生成基带数字输出。当没有有源无线电传输时，这些简单的基带系统可以产生不需要的数字输出。本教程提供了静噪的基本描述，并给出了如何在频移键控（ASK）/开-关键控（OOK）或频移键控（FSK）系统中实现静噪的示例。

收音机静噪

静噪是从接收器中去除不需要的背景噪声的过程，允许解码强信号，同时抑制接近接收器灵敏度水平的微弱信号。一个常见的例子是大多数对讲机或公民频段（CB）收音机，其中调节旋钮可以提高静噪电平，并在未检测到传输时抑制不需要的音频噪声。类似地，在数字无线电系统中，静噪可用于抑制不需要的数字输出，或者在不存在可检测的传输时在数据线上切换。“中断静噪”是一个常用术语，用于表示接收信号已超过功率阈值，因此表示存在足够强的传输。

基带解码

Maxim的所有工业/科学/医疗（ISM）射频（RF）接收器均包含简单的基带解码硬件，由Sallen-Key数据滤波器、比较器或数据切片器以及至少一个峰值检波器组成。通常，峰值检波器未被使用，但它们可以成为提高初始输入传输基带解码响应能力的便捷方法。

数据切片器是基带系统的核心，用于将解调的模拟信号转换为数字信号，供微控制器或其他数字解码单元使用。数据切片器的常见配置是将基带模拟信号连接到比较器的正输入，而负输入连接到同一模拟信号的低通滤波版本。图1显示了基带系统的典型原理图，示波器图描述了各个引脚上常见的信号。

图1.示例电路和数据切片器示波器示踪。

基带电路的仿真版本可用于显示系统的各种响应。当实现简单的阻容性（RC）切片器电平时，存在一些会影响输出数据精度的限制（图2和图3）。

图2.数据切片器的示波器图。

图3.模拟数据切片器。

通过引入峰值检波器，输出数据线可以通过非常快速地将切片阈值“跳”到更高的电平来对接收到的第一个位做出反应（见图4）。

最后，通过使用最大和最小峰值检波器，阈值可以快速到达基带信号的中心，从而可以响应接收到的第一个数据位，并且对数据输出信号的精确占空比具有最佳响应，如图5所示。

图4.模拟最大峰值检测电路。

图5.模拟最大/最小峰值检测电路。

实现幅度移键控 （ASK） 静噪

向ASK或开/关键控（OOK）系统添加静噪涉及仅基于噪声功率从其通常建立的位置偏移阈值电压。这种失调过程通常通过使用固定分压器电路调整切片电平来实现。在图6中，DSN线被一个200kΩ电阻稍微上拉到电源轨。这种设计是用电位计（R5）实现的，如果用R6上拉电阻代替，用户就可以手动调整施加到DSN线路的正偏移量。

图6.ASK静噪电路示例。

这种方法的优点是可以简单地减少或消除任何“颤振”或不需要的数字输出。不幸的是，有两种可能的负面影响。首先是接收器灵敏度略有降低。这来自于输出数据根据平均比较电压不断对模拟信号做出反应与调整该电平以使噪声不会导致数据转换之间的直接权衡。第二个影响是数字输出信号的占空比略有偏差。占空比的变化是由于没有切片电平，该切片电平是模拟输出的峰值和谷值之间的精确平均值。在某种程度上，使用曼彻斯特编码方案可以消除这个问题。

实现频移键控 （FSK） 静噪

虽然ASK静噪是大多数固有接收器基带架构实现的简单过程，但FSK静噪是另一回事。在ASK系统中，由于用于建立比较信号的方法，切片电平将趋于稳定在平均噪声电平。在FSK系统中，基带的配置与ASK系统相同，但噪声曲线不同。使用FSK解码器时，噪声频谱趋于白色（在所有频率上都是平坦的），但IF滤波器和接收信号强度指示器（RSSI）限幅放大器对该噪声的平均频率有不适当的影响。由于系统固有的容差，平均噪声输出可能会将比较电压移动到标记和空间中点以上，或者更有可能低于标记和空间中点。由于静噪与输入信号的强度密切相关，因此用户需要在静噪系统中合并RSSI输出。

FSK静噪的基本设计需要一个对RSSI电平做出反应的系统，具有与电平进行比较的参考，并以某种方式控制原始数字数据。实质上，RSSI电平与基准电压进行比较。如果输入信号功率高于分断电平，则允许原始数据通过系统。这可以通过许多不同的方法来实现，特别是考虑到可用于管理无线电系统的各种微控制器时。简化电路的示例如图7所示。这是一个基本的FSK静噪电路，由一对匹配的双极结型晶体管（BJT）、三个电阻器和一个电容器实现。

图7.一个简单的FSK静噪电路。

差分对与V作为比较器接线裁判和 RSSI 作为每个碱基的输入。数据线作为开/关电流源连接，从而产生执行简单AND门功能的电路。通过提供V的参考电平裁判（来自基本的电阻分压器或数模转换器（DAC））SQDATA的信号是DATA线的RSSI门控版本。

与ASK静噪系统类似，优点是减少或消除“颤振”，以换取接收器灵敏度的轻微降低。由于该附加电路不会直接影响比较器的切片电平，因此FSK静噪对数字输出信号的占空比没有影响。由于放大RSSI电平的直流偏移变化，V裁判可能需要单独调整。

审核编辑：郭婷