ISM-RF接收機中的靜噪

許多工業(yè)/科學(xué)/醫(yī)療（ISM）頻段射頻（RF）接收器使用簡單的外部數(shù)據(jù)切片器來生成基帶數(shù)字輸出。當(dāng)沒有有源無線電傳輸時，這些簡單的基帶系統(tǒng)可以產(chǎn)生不需要的數(shù)字輸出。本教程提供了靜噪的基本描述，并給出了如何在頻移鍵控（ASK）/開-關(guān)鍵控（OOK）或頻移鍵控（FSK）系統(tǒng)中實現(xiàn)靜噪的示例。

收音機靜噪

靜噪是從接收器中去除不需要的背景噪聲的過程，允許解碼強信號，同時抑制接近接收器靈敏度水平的微弱信號。一個常見的例子是大多數(shù)對講機或公民頻段（CB）收音機，其中調(diào)節(jié)旋鈕可以提高靜噪電平，并在未檢測到傳輸時抑制不需要的音頻噪聲。類似地，在數(shù)字無線電系統(tǒng)中，靜噪可用于抑制不需要的數(shù)字輸出，或者在不存在可檢測的傳輸時在數(shù)據(jù)線上切換?！爸袛囔o噪”是一個常用術(shù)語，用于表示接收信號已超過功率閾值，因此表示存在足夠強的傳輸。

基帶解碼

Maxim的所有工業(yè)/科學(xué)/醫(yī)療（ISM）射頻（RF）接收器均包含簡單的基帶解碼硬件，由Sallen-Key數(shù)據(jù)濾波器、比較器或數(shù)據(jù)切片器以及至少一個峰值檢波器組成。通常，峰值檢波器未被使用，但它們可以成為提高初始輸入傳輸基帶解碼響應(yīng)能力的便捷方法。

數(shù)據(jù)切片器是基帶系統(tǒng)的核心，用于將解調(diào)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供微控制器或其他數(shù)字解碼單元使用。數(shù)據(jù)切片器的常見配置是將基帶模擬信號連接到比較器的正輸入，而負(fù)輸入連接到同一模擬信號的低通濾波版本。圖1顯示了基帶系統(tǒng)的典型原理圖，示波器圖描述了各個引腳上常見的信號。

圖1.示例電路和數(shù)據(jù)切片器示波器示蹤。

基帶電路的仿真版本可用于顯示系統(tǒng)的各種響應(yīng)。當(dāng)實現(xiàn)簡單的阻容性（RC）切片器電平時，存在一些會影響輸出數(shù)據(jù)精度的限制（圖2和圖3）。

圖2.數(shù)據(jù)切片器的示波器圖。

圖3.模擬數(shù)據(jù)切片器。

通過引入峰值檢波器，輸出數(shù)據(jù)線可以通過非?？焖俚貙⑶衅撝怠疤钡礁叩碾娖絹韺邮盏降牡谝粋€位做出反應(yīng)（見圖4）。

最后，通過使用最大和最小峰值檢波器，閾值可以快速到達(dá)基帶信號的中心，從而可以響應(yīng)接收到的第一個數(shù)據(jù)位，并且對數(shù)據(jù)輸出信號的精確占空比具有最佳響應(yīng)，如圖5所示。

圖4.模擬最大峰值檢測電路。

圖5.模擬最大/最小峰值檢測電路。

實現(xiàn)幅度移鍵控 （ASK） 靜噪

向ASK或開/關(guān)鍵控（OOK）系統(tǒng)添加靜噪涉及僅基于噪聲功率從其通常建立的位置偏移閾值電壓。這種失調(diào)過程通常通過使用固定分壓器電路調(diào)整切片電平來實現(xiàn)。在圖6中，DSN線被一個200kΩ電阻稍微上拉到電源軌。這種設(shè)計是用電位計（R5）實現(xiàn)的，如果用R6上拉電阻代替，用戶就可以手動調(diào)整施加到DSN線路的正偏移量。

圖6.ASK靜噪電路示例。

這種方法的優(yōu)點是可以簡單地減少或消除任何“顫振”或不需要的數(shù)字輸出。不幸的是，有兩種可能的負(fù)面影響。首先是接收器靈敏度略有降低。這來自于輸出數(shù)據(jù)根據(jù)平均比較電壓不斷對模擬信號做出反應(yīng)與調(diào)整該電平以使噪聲不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之間的直接權(quán)衡。第二個影響是數(shù)字輸出信號的占空比略有偏差。占空比的變化是由于沒有切片電平，該切片電平是模擬輸出的峰值和谷值之間的精確平均值。在某種程度上，使用曼徹斯特編碼方案可以消除這個問題。

實現(xiàn)頻移鍵控 （FSK） 靜噪

雖然ASK靜噪是大多數(shù)固有接收器基帶架構(gòu)實現(xiàn)的簡單過程，但FSK靜噪是另一回事。在ASK系統(tǒng)中，由于用于建立比較信號的方法，切片電平將趨于穩(wěn)定在平均噪聲電平。在FSK系統(tǒng)中，基帶的配置與ASK系統(tǒng)相同，但噪聲曲線不同。使用FSK解碼器時，噪聲頻譜趨于白色（在所有頻率上都是平坦的），但IF濾波器和接收信號強度指示器（RSSI）限幅放大器對該噪聲的平均頻率有不適當(dāng)?shù)挠绊?。由于系統(tǒng)固有的容差，平均噪聲輸出可能會將比較電壓移動到標(biāo)記和空間中點以上，或者更有可能低于標(biāo)記和空間中點。由于靜噪與輸入信號的強度密切相關(guān)，因此用戶需要在靜噪系統(tǒng)中合并RSSI輸出。

FSK靜噪的基本設(shè)計需要一個對RSSI電平做出反應(yīng)的系統(tǒng)，具有與電平進行比較的參考，并以某種方式控制原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。實質(zhì)上，RSSI電平與基準(zhǔn)電壓進行比較。如果輸入信號功率高于分?jǐn)嚯娖剑瑒t允許原始數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)。這可以通過許多不同的方法來實現(xiàn)，特別是考慮到可用于管理無線電系統(tǒng)的各種微控制器時。簡化電路的示例如圖7所示。這是一個基本的FSK靜噪電路，由一對匹配的雙極結(jié)型晶體管（BJT）、三個電阻器和一個電容器實現(xiàn)。

圖7.一個簡單的FSK靜噪電路。

差分對與V作為比較器接線裁判和 RSSI 作為每個堿基的輸入。數(shù)據(jù)線作為開/關(guān)電流源連接，從而產(chǎn)生執(zhí)行簡單AND門功能的電路。通過提供V的參考電平裁判（來自基本的電阻分壓器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC））SQDATA的信號是DATA線的RSSI門控版本。

與ASK靜噪系統(tǒng)類似，優(yōu)點是減少或消除“顫振”，以換取接收器靈敏度的輕微降低。由于該附加電路不會直接影響比較器的切片電平，因此FSK靜噪對數(shù)字輸出信號的占空比沒有影響。由于放大RSSI電平的直流偏移變化，V裁判可能需要單獨調(diào)整。

審核編輯：郭婷