使用RF功率检波器和分立元件的ASK/OOK接收器的实现

介绍

幅度偏移键控（ASK）是一种流行的调制技术，用于大量低频RF应用的数字数据通信。当源想要发送“1”时，它会发送一个大的振幅载波，当它想要以最简单的形式发送一个“0”时，它会发送一个小幅度载波。ASK方法的进一步简化是开关键（OOK）调制，其中源在想要发送“0”时发送NO载波。

ASK和OOK通信协议通常用于短距离无线应用，例如家庭自动化、工业网络、无线基站、远程无钥匙进入（RKE）和胎压监测系统（TPMS）。OOK在电池供电的便携式应用中特别受欢迎，因为此类系统可以在（不）发送“0”时节省发射功率。所涉及的载波频率可能因应用而异。例如，~2MHz用于基站中的一些低频有线通信（例如AISG协议），而~433MHz是使用工业，科学和医疗（ISM）频段的短距离无线通信的典型特征。

各种无线技术，包括蓝牙、ZigBee和Wi-Fi，在当今的消费世界中取得了相当大的进展。这些协议提供了设备之间的安全通信手段，通常使用频移键控 （FSK）、相移键控 （PSK） 和移幅键控 （ASK） 或幅度调制的组合在 2.4GHz ISM 频段工作。这些方法提供的安全性包括信道跳频和扩频通信模式。这样的方案可能很难被偷听，提供更高的安全性以及更好的抗噪能力。所有这些方法在发送“1”和“0”时都会消耗传输能量。不幸的是，这些协议也相对复杂，并且硬件实现成本很高，特别是如果安全性和高抗噪性不是预定要求。

Wi-Fi专门针对高数据速率，覆盖范围广泛的应用，对于只需要简单控制和监控的应用来说，可能被认为是矫枉过正的。ZigBee被认为是即将到来的传感器网络领域的理想选择，而蓝牙已经在一系列消费类音频设备和个人无线设备中得到了认可。表 1 提供了蓝牙、ZigBee 和 ASK/OOK 方法的各种性能特性的简单比较。

 

特征	蓝牙	ZigBee	ASK/OOK General ISM
频率	2.4千兆赫	2.4千兆赫	315兆赫至 2.4兆赫
电池寿命	低	高	高
速度	800kbps	200kbps	2兆字节
相对成本	中等	中等	低
行业标准	是的	是的	不

 

简单的 ASK/OOK 硬件实现已成为相对简单的选择，因为它们在极长寿命的电池供电应用中实现成本低。如果可以访问点对点有线基础设施和无线红外链路，它们也是一个不错的选择。根据应用的不同，替代技术的实施成本可能高出 2 到 5 倍。如有必要，通过在发射器和接收器之间加入双向询问方案（例如通过交换特殊代码），仍然可以在这些链路上覆盖安全性。与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。

亚世科应用

ASK接收器前端通常由三个模块组成：用于从宽带输入噪声频谱中识别目标载波频率的输入带通滤波器，用于提取目标信息的包络检波器，以及用于获取二进制输出的比较器。比较器触发阈值来自包络检波器本身的输出;这使得阈值电平能够随着接收到的信号电平自动缩放，该电平可能因通道长度和发射机强度而异。

前端的一种可能实现方案是MAX9933，这是一款RF功率检波器，可以读取45MHz至2.1GHz动态范围为6dB的输入信号。特别是，它提供与-58dBV至-13dBV（即1.25mV）之间的信号电平成比例的对数电压有效值至 223mV有效值).图1所示为ASK接收器信号链中的MAX9933 RF检波器。

图1.MAX9933 RF检波器在ASK应用中的电路

馈入RFIN引脚的RF信号是外部交流耦合的。由于MAX9933为峰值响应RF检波器，因此它基本上用作简单的包络检波器，即使对于小的毫伏级信号也是如此。输入RF电压幅值与输出直流电压的对数传递功能提供了与dB成比例的特性，使得MAX9933对极小的信号极为敏感。因此，MAX9933允许ASK接收器轻松区分小输入“1”和“0”信号电平。滤波电容C的值中电决定芯片输出端的响应带宽，因此由预期数据速率决定。图2所示为MAX9933作为包络检波器测试时产生的输出波形，以及MAX9030比较器与自适应基准配合产生数字输出位时产生的输出波形。测试波形具有10MHz载波频率和40kbps数据速率。C 的值中电该测试为150pF，R-C滤波器由一个100kΩ电阻和一个0.22μF电容组成。

图2.MAX9933 RF检波器在10kbps数据速率下对调制频率为40MHz的RF输入信号的响应。两个波形显示（a）-10dBm和-20dBm ASK信号以及（b）-40dBm OOK信号对输入信号（蓝色）的输出响应（黄色）。MAX9030比较器输入端的两个波形在底部以粉红色和绿色显示。

OOK 应用程序

MAX9930为RF功率检测控制器，设计用于自动增益控制（AGC）环路中功率放大器（PA）的反馈控制环路。但是，当配置为开环时（即，没有PA来闭合从OUT到RFIN的反馈回路），它可以很容易地用于OOK应用，如图3所示。REF电压表示远低于应用中接收的最低“1”信号电平的阈值，可用于提取OOK信息。

图3.显示MAX9930 RF检测控制器在OOK应用中的电路。

通过RFIN引脚馈送的RF信号再次通过外部交流耦合到芯片中。MAX9930控制器的前端为峰值检波器，在内部检测输入RF信号的峰值。然后，馈入SET引脚的电压充当比较器门限，非常适合OOK检测。电阻器 RFB和 R在提供比较器迟滞以提高抗噪性，RFB在 300kΩ 和 R 下选择在在 10kΩ 时;C中电可以最小化以提高数据速率。在图4中，测试结果显示了与图2测试相同的输入条件。

图4.MAX9930射频检测控制器对RF输入信号的响应，调制频率为10MHz，数据速率为40kbps，OOK信号为-40dBm参考电压设定为500mV。输出数字位显示为黄色，输入RF信号为蓝色。

OOK 发射器

OOK变送器的简单性是无与伦比的。它非常简单地涉及向PA发送载波，为天线/电缆供电以传输“1”或不发送任何内容以传输“0”。MAX1472 VHF/UHF发送器是一个很好的例子，它利用输入数字数据流调制馈送功率放大器的晶体PLL振荡器的输出。接收器系统可以是 OOK 接收器系统（具有固定阈值）或 ASK 接收器系统（具有自适应阈值）。

结论

在当今的互联世界中，电路之间需要多种通信模式。ASK和OOK是两种这样的协议，本文介绍了可能的应用解决方案及其与市场上其他协议相比的简单性。

审核编辑：郭婷