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ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案

概述
幅移键控(ASK)是一种常用的调制技术 ， 在众多低频RF数字通信系统中非常普及 。 当需要发射“1”时 ， 发射源发送较高的载波幅度；发射“0”时 ， 采用最简单的方式发送出较低的载波幅度 。 通-断键控(OOK)调制是一种更简单的ASK方式 ， 发射“0”时 ， 无任何载波信号输出 。
ASK和OOK通信协议在近距离无线数据传输中应用非常广泛 ， 如家庭自动化、工业网络、无线基站、遥控钥匙门禁(RKE)和胎压检测系统(TPMS)等 。 OOK非常适合电池供电的便携式设备 ， 因为它在发射“0”(不发射)时可以有效节省能量 。 所涉及的载波频率因具体的应用而相差很大 。 例如：在某些基站的低频有线通信中约为2MHz(例如：AISG协议)；有些工业、科学和医疗(ISM)频段的近距离无线通信则采用433MHz左右的载频 。
目前 ， 不同的无线通信技术已经在消费类产品中取得巨大进展 ， 其中包括：Bluetooth?、ZigBee?、Wi-Fi? 。 这些协议在设备之间提供了安全的通信方式 ， 典型工作在2.4GHzISM频段 ， 综合采用频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和幅移键控(ASK)或调幅等调制技术 。 这些调制方式的安全措施有通道跳频和扩频模式等 。 这些措施很难被窃听 ， 在提高安全性的同时也提高了抗干扰能力 。 所有这些方案在发射“1”和“0”时都会消耗能量 ， 而且这些协议的复杂度较高 ， 导致硬件实现成本高 ， 特别是对于安全性和抗噪声能力没有特别要求的应用 。
Wi-Fi主要定位于高数据速率、远距离通信 ， 例如：对简单控制和监控要求较高的场合 。 ZigBee对于将来的现场传感器网络非常理想 ， Bluetooth则被广泛用于消费类音频产品和个人无线设备 。 表1就Bluetooth、ZigBee和ASK/OOK的不同功能和特点进行了简单对比 。
表1.Bluetooth、ZigBee和ASK/OOK性能对比
ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案
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简单的ASK/OOK ， 因其低成本特点而成为最直接的选择方案 ， 特别是对电池寿命要求苛刻的电池供电系统 。 同样 ， 它们也非常适合点对点有线设备的接入应用和无线红外链路 。 根据不同的应用 ， 选用其它技术实现成本会提高2到5倍 。 必要时 ， 在收发链路中增加双向质询应答机制 ， 交换特殊的代码 ， 仍可保证安全性 。 ASK相对于OOK具有更高的抗噪声能力 ， 成本低于FSK ， 但其功耗高于OOK 。
ASK应用
ASK的接收前端通常由三部分组成：用于从宽带噪声频谱提取有用载频的输入带通滤波器、用于提取有用信息的包络检波器、用于获得二进制输出的比较器 。 比较器的触发门限由包络检波器本身产生 ， 可以自适应调整接收信号的输出门限 ， 并且可以随着通道距离和发射强度进行调整 。
MAX9933是实现这种接收前端的一个可行方案 ， RF检波器可以读取2MHz到1.6GHz ， 具有45dB动态范围的输入信号 。 特别是可以为-58dBV至-13dBV(即1.25mVRMS至223mVRMS)的信号提供成比例的对数电压输出 。 图1给出了ASK接收信号链路中的MAX9933RF检波器 。
ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案
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图1.MAX9933RF检波器在ASK接收链路中的应用电路
RF信号通过外部交流耦合馈入RFIN引脚 。 由于MAX9933是一款峰值响应的RF检波器 ， 本质上是一个简化的包络检波器 ， 即使是对于微弱的毫伏级信号 。 其对数传输函数使得RF电压幅度与直流输出之间成对数(dB)比例关系 ， 因此 ， MAX9933对小信号特别敏感 。 MAX9933允许ASK接收器很容易区分弱小的“1”、“0”信号 。 电容CCLPF决定器件输出的响应带宽 ， 由所要求的输出数据速率决定 。 图2给出了当MAX9933作为包络检波器检测时的输出波形 ， MAX9030比较器配合自适应参考电压产生数字输出 。 测试波形是10MHz载频 ， 数据速率为40kbps 。 CCLPF滤波电容为150pF ， R-C滤波器由100kΩ电阻和0.22μF电容构成 。
ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案
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图2.MAX9933RF检波器响应波形 。 RF输入信号调制频率为10MHz ， 数据速率为40kbps 。 两个波形分别是输出响应(黄色)和输入信号(绿色) ， (a)-10dBm和-20dBmASK信号；(b)-40dBmOOK信号 。 两个波形在MAX9030比较器输入端的信号分别在底部用粉色和绿色表示 。
【ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案】OOK应用
MAX9930RF功率检测控制器设计用于功放(PA)自动增益控制(AGC)的反馈环路 。 然而 ， 用于开环模式时(即没有PA提供从OUT到RFIN的反馈回路) ， 可以很容易实现图3所示的OOK通信 。 REF电压基准代表可以收到的“1”门限的最小值 ， 从而提取OOK信息 。
ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案
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图3.MAX9930RF检波控制器的OOK应用电路
RF信号同样通过外部交流耦合电容进入器件的RFIN引脚 。 MAX9930控制器前端是一个峰值检波器 ， 内部检测RF信号的输入峰值 。 电压输出反馈到SET引脚作为比较器门限 ， 非常适合OOK检测应用 。 电阻RFB和RIN提供比较器的滞回 ， 以提高抗干扰能力 ， 电阻RFB选择为300kΩ ， RIN选择为10kΩ 。 为了提高数据速率可以选择尽可能小的CCLPF 。 图4给出了与图2测试中同样输入条件下的测试结果 。
ASK/OOK技术介绍，并采用RF功率检测器实现其接收方案
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图4.MAX9930RF检波控制器的响应波形 。 RF输入信号调制频率为10MHz ， 数据速率为40kbps ， OOK信号为-40dBm ， REF设置为500mV 。 输出数据以黄色显示 ， 输入RF信号以蓝色显示 。
OOK发送器
OOK发送器的简单性是其它调制方案所不及的 。 仅需要将载波信号发送到功放和天线或线缆 ， 即可实现发射“1”的目的 ， 或不发射任何信号即代表发射“0” 。 MAX1472VHF/UHF发送器是一款非常好的应用选择 ， 采用输入数字流调制基于晶体的PLL振荡器的输出 ， 最后馈送到功放 。 接收系统可以是OOK接收机系统(固定门限)或ASK接收系统(自适应门限) 。
结论
在当前的互联世界 ， 电路之间需要多种模式的通信方式 。 ASK和OOK提供了两个这样的协议 ， 上述电路提供了可行的应用方案 ， 与市场上的其它通信协议相比结构更简单 。


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