개요: 이 애플리케이션 노트는 ASK/OOK 기법에 대해 설명하고, RF 전력 검출기와 몇 가지 개별 부품을 이용하여 ASK/OOK 수신기를 구현하는 방법에 대해 간략히 소개한다. 파형 출력 테스트 결과도 함께 제공된다. 유사한 글이 2008년 7월 21일, RF DesignLine 웹사이트에 게재되었다. 머리말 ASK(Amplitude Shift-Key)는 많은 저주파 RF 애플리케이션을 위한 디지털 데이터 통신에 널리 쓰이고 있는 변조 기법이다. 가장 간단한 형식에서 소스는 '1'을 보내고 싶을 때 큰 진폭의 반송파를 보내고, '0'을 보내고 싶을 때는 작은 진폭의 반송파를 보낸다. OOK (On-Off Key) 변조는 이 방법을 더 간략히 한 것으로, 여기에서 소스는 '0'을 보내고 싶을 때 반송파를 보내지 않는다. ASK 및 OOK 통신 프로토콜은 단거리 무선 애플리케이션에서 흔히 사용되는데, 이 범주에는 홈 오토메이션, 산업 네트워크, 무선 기지국, RKE (Remote-Keyless Entry) 및 타이어 압력 모니터링 시스템 (TPMS) 등이 포함된다. OOK는 특히 시스템이 '0'을 보낼 때 (그리고 보내지 않을 때) 송신 전력을 절감할 수 있기 때문에 배터리 구동 휴대용 애플리케이션에서 애용된다. 포함되는 반송파 주파수는 애플리케이션에 따라 매우 다양하다. 예를 들면 기지국의 일부 저주파 유선 통신의 ~2MHz에서부터 ISM (Industrial, Scientific and Medical) 대역을 이용하는 단거리 무선 통신의 ~433MHz에 이른다. Bluetooth®, ZigBee®, Wi-Fi®와 같은 다양한 무선 기술이 최근 가전 세계에 떠오르고 있다. 이들 프로토콜은 장치 간에 안전한 통신 수단을 제공하며 보통 FSK(Frequency-Shift-Keying), PSK(Phase-Shift-Keying) 및 ASK(Amplitude-Shift-Keying, 진폭 변조)의 조합을 사용하여 2.4GHz 대역에서 동작한다. 이들 프로토콜에서 제공되는 보안은 채널 호핑과 확산 스펙트럼 통신 모드가 포함된다. 이러한 구조는 도청이 어려우므로 향상된 잡음 내성뿐 아니라 강화된 보안을 제공한다. 이러한 방법은 모두 '1'과 '0'을 보낼 때 송신 에너지를 소비한다. 유감스럽게도 이러한 프로토콜은 보안과 높은 잡음 내성이 필수적으로 요구되지 않는다면 다소 높은 복잡성과 하드웨어 구현 비용을 갖는다고 볼 수 있다. Wi-Fi는 특별히 높은 데이터 전송률과 넓은 범위의 애플리케이션을 대상으로 하므로 간단한 제어와 모니터링으로 이루어진 애플리케이션에는 과도한 성능이다. ZigBee는 곧 등장할 센서 네트워크 분야에 이상적으로 간주되며 Bluetooth는 가전 오디오 장치와 개인용 무선 장치의 범위에서 사용되어 왔다. 표 1은 Bluetooth, ZigBee, ASK/OOK 방법의 다양한 성능 특징에 대한 간단한 비교를 제공한다. 표 1: Bluetooth, ZigBee, ASK/OOK 특성 비교 파라미터 Bluetooth ZigBee ASK/OOK 범용 ISM 주파수 2.4GHz 2.4GHz 315MHz ~ 2.4GHz 배터리 수명 낮음 높음 높음 속도 800kbps 200kbps 2Mbps 상대 비용 중간 중간 낮음 산업 표준 있음 있음 없음 간단한 ASK/OOK 하드웨어 구현은 극히 긴 수명의 배터리 구동 애플리케이션이나 점대점 유선 인프라 및 무선 적외선 방식의 링크에 대한 액세스가 가능한 경우 저렴한 구현 비용으로 인해 비교적 간편한 선택이 되고 있다. 애플리케이션에 따라 구현 비용은 다른 기술에 비해 2배에서 5배가 될 수 있다. 보안은 송신기와 수신기 사이에서 필요한 경우 직렬 코드를 교환하는 것과 같이 양방향 문의 (interrogation) 구조를 통합함으로써 이 링크에 추가할 수 있다. ASK는 OOK에 비해 더 우수한 잡음 내성을 제공하고 FSK보다 비용이 더 저렴하지만 전력 소비 레벨은 OOK보다 더 높다. ASK 애플리케이션 ASK 수신기 프런트 엔드는 보통 다음의 3개 블록으로 구성된다. 광대역 입력 잡음 스펙트럼으로부터 관심있는 반송파 주파수를 식별하는 입력 대역 통과 필터, 관심있는 정보를 추출하는 엔벨로프 검출기, 그리고 2진 출력을 얻는 비교기이다. 비교기 트리거 임계값은 엔벨로프 검출기 자체의 출력으로부터 결정되므로 임계값 레벨을 채널 길이와 송신기 강도에 따라 다양하게 할 수 있는 수신된 신호 레벨을 갖는 자동 스케일로 구현할 수 있다. 프런트 엔드의 가능한 구현 중 하나는 2MHz ~ 1.6GHz에서 45dB의 동적 범위로 입력 신호를 읽을 수 있는 RF 전력 검출기인 MAX9933을 사용하는 것이다. 이 소자는 특히 -58dBV ~ -13dBV (1.25mVrms ~ 223mVrms) 사이의 신호 레벨에 비례하는 로그 전압을 제공한다. 그림 1은 ASK 수신기 신호 체인에 사용된 소자를 보여준다. 그림 1. ASK 애플리케이션에 MAX9933 RF 검출기를 보여주는 회로 RFIN 핀에 공급되는 RF 신호는 외부에서 AC 커플링된다. MAX9933은 피크 응답 RF 검출기이므로 작은 mV 레벨 신호에 대해서도 기본적으로 간단한 엔벨로프 검출기로 동작한다. 입력 RF 전압 진폭에 대한 출력 DC 전압을 나타내는 소자의 로그 전달 함수는 dB에 비례하는 특성을 제공하므로 매우 작은 신호에도 극도로 민감하기 때문에 ASK 수신기는 작은 입력 1과 0 신호 레벨을 쉽게 구별할 수 있다. 커패시터 CCLPF의 값은 칩의 출력에서 응답 대역폭을 결정하며, 따라서 이는 예상된 데이터 전송률에 의해 결정된다. 그림 2는 MAX9933을 엔벨로프 검출기로 테스트했을 때, 그리고 MAX9030 비교기를 자동전환 기준과 함께 사용하여 디지털 출력 비트를 생성했을 때 출력 파형을 보여준다. 테스트 파형은 10MHz 반송파 주파수와 40kbps 데이터 전송률을 갖는다. CCLPF 필터 커패시터는 150pF이고 R-C 필터는 100kΩ 저항과 0.22µF 커패시터로 구성된다. 자세한 이미지 보기 (PDF, 604kB) 그림 2. 변조 주파수가 10MHz이고 데이터 전송률이 40kbps일 때 RF 입력 신호에 대한 MAX9933 RF 검출기의 응답. 2개의 파형은 (a) -10dBm 및 -20dBm ASK 신호와 (b) -40dBm OOK 신호의 입력 신호(청색)에 대한 출력 응답(노란색)을 보여준다. MAX9930 비교기 입력에서 2개 파형은 맨 아래에 분홍색과 녹색으로 표시되어 있다. OOK 애플리케이션 RF 전력 검출 컨트롤러 MAX9930은 자동 이득 제어 (AGC) 루프에서 전력 증폭기(PA)를 위한 피드백 제어 루프에 사용하도록 설계되었다. 그러나 개방 루프로 구성될 때(즉, OUT에서 RFIN까지의 피드백 루프에 인접하여 배치된 PA가 없을 때), 이 소자는 그림 3에서 보는 것처럼 OOK 애플리케이션에도 그와 같이 간편하게 사용할 수 있다. 애플리케이션에서 수신되는 최저 '1' 신호 레벨보다 충분히 낮은 임계값을 나타내는 REF 전압을 사용하여 OOK 정보를 추출할 수 있다. 그림 3. OOK 애플리케이션에 MAX9930 RF 검출 컨트롤러를 보여주는 회로 여기에서도 RFIN 핀에 공급되는 RF 신호는 칩으로 외부에서 AC 커플링된다. MAX9930의 프런트 엔드는 피크 검출기이며 내부에서 입력 RF 신호의 피크를 검출한다. SET 핀에 공급되는 전압은 비교기 임계값 역할을 하며, 이는 OOK 검출에 이상적이다. 저항 RFB와 RIN은 증가된 잡음 내성을 위해 비교기 히스테리시스를 제공한다. 커패시턴스 CCLPF를 최소화하여 데이터 전송률을 증가시킬 수 있다. 그림 2와 동일한 입력 조건에서 이루어진 테스트 결과가 그림 4에 나와 있다. RFB 비교 히스테리시스 저항은 300kΩ으로 선택되었으며 RIN은 10kΩ으로 설정되었다. 그림 4. 변조 주파수가 10MHz이고 40kbps 데이터 전송률, -40dBm OOK 신호를 가질 때 RF 입력 신호에 대한 MAX9930 RF 검출 컨트롤러의 응답. REF는 500mV로 설정되었다. 출력 디지털 비트는 노란색으로, 입력 RF 신호는 청색으로 표시되어 있다. OOK 송신기 OOK 송신기의 간단한 구조는 어느 기술도 필적할 수 없다. '1'을 보내려면 안테나/케이블에 공급하는 PA에 반송파를 전송하거나 '0'을 보내려면 아무 것도 보내지 않으면 그만이다. MAX1472 VHF/UHF 송신기는 입력 디지털 데이터 스트림을 사용하여 전력 증폭기에 공급하는 크리스털 기반 PLL 발진기의 출력을 변조하는 부품으로 매우 우수한 예이다. 실제로 “ASK 송신기”는 없다. 오직 불량한 OOK 송신기만 있을 뿐이다. 수신기 시스템은 고정 임계값을 갖는 OOK 수신기 시스템이나 자동전환 임계값을 갖는 ASK 수신기 시스템 중 어느 것이나 될 수 있다. 결론 오늘날 네트워크 세계에서는 회로 간에 여러 통신 모드가 필요하다. ASK 및 OOK는 이 가운데 두 프로토콜로 이 글에서는 이들의 가능한 애플리케이션 솔루션과 이용 가능한 다른 프로토콜과 비교하여 두 프로토콜 애플리케이션의 단순한 구현을 살펴보았다. Bluetooth는 Bluetooth Sig, Inc.의 등록상표이다. Wi-Fi는 Wireless Ethernet Compatibility Alliance, Inc.의 등록상표이다. ZigBee는 ZigBee Alliance의 상표이다. 자동 업데이트 관심 분야의 애플리케이션 노트가 나올 때 자동으로 업데이트를 원하십니까? 그렇다면 EE-Mail™을 신청하십시오. We Want Your Feedback! 의견을 보내주세요! 위 내용이 도움이 되셨나요? 여러분의 의견을 기다립니다 — Maxim은 보내주신 정정이나 제안사항을 반영하고 있습니다. 이 페이지를 평가하고 의견을 보내주십시오.   다운로드, PDF 형식 (104kB)  AN4439, AN 4439, APP4439, Appnote4439, Appnote 4439