供電應用ASK/OOK數字通信調制方案

　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字通信調制技術。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主要用于高數據速率、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硬件實現由于成本低已經成為優(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雙向訊問機制仍然可以在這種鏈路上實現足夠的安全性，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整。

　　前端的一種可能實現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)內的信號電平成正比的對數電壓。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轉移函數具有正比于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據速率。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生數字輸出位。測試波形具有10MHz的載波頻率和40kbps的數據速率。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射頻檢測器對調制頻率為10MHz、數據速率為40kbps的射頻輸入信號的響應。