供電應(yīng)用ASK/OOK數(shù)字通信調(diào)制方案

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

　　ASK和OOK通信協(xié)議通常用在近距離無(wú)線通信應(yīng)用中，例如家庭自動(dòng)化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線基站、遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)(RKE)以及胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)。OOK特別適合電池供電的便攜式設(shè)備使用，因?yàn)檫@樣的系統(tǒng)在發(fā)送‘0’時(shí)無(wú)需發(fā)送載波，因而可以節(jié)省功率。不同的應(yīng)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(xué)和醫(yī)療)的短距離無(wú)線通信中約433MHz。

　　各種無(wú)線技術(shù)，包括藍(lán)牙、ZigBee、Wi-Fi在當(dāng)前的消費(fèi)電子行業(yè)中已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。這些協(xié)議提供了設(shè)備之間安全通信的機(jī)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(shù)。這些技術(shù)提供的安全性包括通信的信道跳頻和擴(kuò)頻模式。這種方案很難被偵聽(tīng)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(shí)候都會(huì)消耗發(fā)送功率。遺憾的是，這些協(xié)議還是具有相對(duì)較高的復(fù)雜性以及較高的硬件實(shí)現(xiàn)成本，特別是當(dāng)安全性和高抗噪聲性不是硬性要求的時(shí)候。

　　Wi-Fi主要用于高數(shù)據(jù)速率、長(zhǎng)距離應(yīng)用，對(duì)于簡(jiǎn)單的控制+檢測(cè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)可能是大材小用了。ZigBee被認(rèn)為是新興傳感器網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，而藍(lán)牙在眾多的消費(fèi)類(lèi)音頻設(shè)備和個(gè)人無(wú)線設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。表1對(duì)藍(lán)牙、ZigBee和ASK/OOK方法的不同性能特征作了簡(jiǎn)單對(duì)比。

　　表1：藍(lán)牙、ZigBee 和ASK/OOK特性的比較

　　但簡(jiǎn)單的ASK/OOK硬件實(shí)現(xiàn)由于成本低已經(jīng)成為優(yōu)先選擇，特別是在使用時(shí)間非常長(zhǎng)的電池供電應(yīng)用中，或者接入點(diǎn)對(duì)點(diǎn)有線基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線紅外鏈路可能的情況下。針對(duì)不同的應(yīng)用，其他技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成本可能是它的2到5倍。通過(guò)在發(fā)送器和接收器之間實(shí)現(xiàn)雙向訊問(wèn)機(jī)制仍然可以在這種鏈路上實(shí)現(xiàn)足夠的安全性，例如必要時(shí)通過(guò)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(hào)鏈中的應(yīng)用

　　ASK接收器前端通常由三個(gè)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(luò)檢波器，以及用于產(chǎn)生二進(jìn)制輸出的比較器。比較器的觸發(fā)門(mén)限電平來(lái)自于包絡(luò)檢波器本身的輸出;這使得門(mén)限電平能隨接收信號(hào)電平自動(dòng)調(diào)整。

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

　　圖1：MAX9933在ASK接收器信號(hào)鏈中的應(yīng)用

　　饋入到FRIN管腳的射頻信號(hào)在外部采用交流耦合的方式。由于MAX9933是峰值響應(yīng)射頻檢測(cè)器，因此它的基本功能是簡(jiǎn)單包絡(luò)檢波器，即使是對(duì)于低至毫伏的信號(hào)。用于輸入射頻電壓幅值相對(duì)于輸出直流電壓的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)移函數(shù)具有正比于dB的特性，因此MAX9933對(duì)非常小的信號(hào)非常敏感，使得ASK接收器能輕松區(qū)別輸入的1和0信號(hào)電平。電容CCLPF的值決定了芯片輸出端的響應(yīng)帶寬，該值又取決于預(yù)期的數(shù)據(jù)速率。圖2給出了在將功率檢測(cè)器當(dāng)作包絡(luò)檢波器進(jìn)行測(cè)試時(shí)的輸出波形，其中比較器使用了一個(gè)自適應(yīng)基準(zhǔn)來(lái)產(chǎn)生數(shù)字輸出位。測(cè)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(gè)100kΩ電阻和一個(gè)0.22μF電容組成。

　　圖2：MAX9933射頻檢測(cè)器對(duì)調(diào)制頻率為10MHz、數(shù)據(jù)速率為40kbps的射頻輸入信號(hào)的響應(yīng)。