Lampiran D

TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
Lampiran D
Analog-to-Digital Converter (How it work).
1. Sampling.
Consider the analog signal found on Figure D.1. Let’s assume that it is an audio signal. The
“y” axis represents voltage while the “x” axis represents time.
Figure D.1: An analog signal.
What the ADC circuit does is to take samples from the analog signal from time to time. Each
sample will be converted into a number, based on its voltage level. On Figure D.2. you see an
example of some sampling points on our analog signal.
Figure D.2: Sampling points.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 1
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
The frequency on which the sampling will occur is called sampling rate. If a sampling rate
of 44,100 Hz is used for example, it means that 44,100 points will be sampled per second. In this
case the distance of each point will be of 1 / 44,100 second (22.675 µs).
During the digital-to-analog conversion, the numbers will be converted again into voltages.
If you think about it for a while, you will see that the waveform resulted from the digital-toanalog conversion won’t be perfect, as it won’t have all the points from the original analog
signal, just some of them. In other words, the digital-to-analog converter will connect all the
points captured by the analog-to-digital converter; any values that existed originally between
these points will be suppressed.
So, the more sampling points we use, the more perfect will be the analog signal produced by
the digital-to-analog converter (DAC). However, the more samples we capture more storage
space is necessary to store the resulting digital data. For example, an analog-to-digital conversion
using a 44,100 Hz sampling rate will generate twice the number of data as a conversion using a
22,050 Hz sampling rate.
How can you know the best sampling rate to be used during analog-to-digital conversions to
have the best storage/quality balance? The answer is the Nyquist Theorem.
This theorem states that the sampling rate on analog-to-digital conversions must be at least
two times the value of the highest frequency you want to capture.
Since the human ear listens to sounds up to the frequency of 20 KHz, for music we need to
use a sampling rate of at least 40,000 Hz. In fact, the CD uses a 44,100 Hz sampling rate, thus
capturing more than our ears can hear.
The phone system, on the other hand, was created to transmit only human voice, which has a
lower frequency range, up to 4 KHz. So on the digital part of the phone system, an 8 KHz
sampling rate is used. That’s why if you try to transmit music thru the phone the quality is bad.
2. Resolution.
The value of each sampled point will be stored on a fixed-length variable. If this variable
uses eight bits, this means it can hold values from 0 to 255. If this variable uses 16 bits, this
means it can hold values from 0 to 65,535. And so on.
What the ADC does is to divide the “y” axis in “n” possible parts between the maximum and
the minimum values of the original analog signal, and this “n” is given by the variable size. If the
variable size is too small, what will happen is that two sampling points close to each other will
have the same digital representation, thus not corresponding exactly to the original value found
on the original analog signal, making the analog waveform available at the DAC output to not
have the best quality.
Once again, the highest the variable size, the better the quality will be, but more storage
space will be needed. Using a 16-bit variable will required twice the storage space if an 8-bit
variable was used, but the quality will be far better.
In summary, while the sampling rate gives us the analog-to-digital “x” axis resolution, the
variable size gives us the “y” axis resolution.
By knowing the sampling rate and the variable size, you can compute the storage space
required to store the data generated by the ADC.
Inside Analog-to-Digital Converter.
Since Analog-to-Digital converters were invented, different designs were made to fabricate
them. The most five known designs are:
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 2
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
1. Parallel design (Flash ADC).
The parallel ADC, also called flash ADC, is very easy to understand. It works by comparing
the input voltage of the analog signal to a reference voltage, which would be the maximum value
achieved by the analog signal. For example, if the reference voltage is of 5 volts, this means that
the peak of the analog signal would be 5 volts. On an 8-bit ADC when the input signal reached 5
volts we would find a 255 (11111111) value on the ADC output, i.e. the maximum possible
value.
Then the voltage reference is lowered thru a resistor network and other comparators added,
so the input voltage (analog signal) can be compared to other values.
On Figure 6 (next page) you can see a 3-bit Flash ADC. The comparison is done thru an op
amp. All resistors have the same value.
Even though Flash ADC uses a very simple design, it requires a lot of components. The
number of required comparers is 2^n-1, where n is the number of output bits. Thus for an eightbit Flash ADC 255 comparers would be necessary.
On the other hand, Flash ADC is the fastest ADC type available. The digital equivalent of
the analog signal will be available right away at it output (it will only have the propagation delay
inserted by the logic gates) – hence the name “flash”.
Figure
D.3.:
Parallel
ADC
Another advantage(flash).
of Flash ADC is that you can create an ADC with non-linear output.
Usually ADCs have a linear output, i.e. each digital number corresponds to a fixed voltage
increase on the analog input. Since Flash ADC comparisons are set by a set of resistors, one
could set different values for the resistors in order to obtain a non-linear output, i.e. one value
would represent a different voltage step from the other values.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 3
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
2. Digital-to-Analog Converter-based design.
There are few ways to design an ADC using a DAC as part of its comparison circuit. We
will present one of them: the ramp counter.
Ramp counter ADC, also called digital ramp ADC, is shown on Figure 7. V in is the analog
input and Dn thru D0 are the digital outputs. The control line found on the counter turns on the
counter when it is low and stops the counter when it is high.
Figure
D.4.: Ramp counter
ADC.
The basic idea is to increase the counter until the value found on the counter matches the
value of the analog signal. When this condition is met, the value on the counter is the digital
equivalent of the analog signal.
It requires a START pulse for each analog voltage. The END signal represents the end of
the conversion for each individual voltage (each sample), and not for the entire analog signal.
Each clock pulse moves the counter. Supposing an 8-bit ADC, for converting the analog value
for “128” into digital, for example, it would take 128 clock cycles.
It works by counting from 0 to the maximum possible value (2^n-1) until it “finds” the
correct digital value for the analog voltage present at Vin. When this is true, the END signal is
given and the digital value for Vin is for at Dn thru D0.
So the main problem with this circuit is that it is very slow, as it would require up to 2^n-1
clock cycles to convert each sample. For an 8-bit ADC, it would take up to 255 clock cycles to
convert a single sample.
3. Integrator-based design.
There are few ways of designing analog-to-digital converters using an integrator. We will
discuss one of them: the single-slope ADC.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 4
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
On Figure 8 you can see a single-slope ADC. If you pay close attention, you will see that it
is very similar to a ramp counter ADC, as it uses a counter, but instead of using a DAC for
generating the comparison voltage, it uses a circuit called integrator, which is basically formed
by a capacitor, a resistor and an operational amplifier (op amp). The MOSFET transistor makes
the necessary control circuit.
Figure D.5.: Single-slope ADC.
The integrator produces a sawtooth waveform on its output, from zero to the maximum
possible analog voltage to be sampled, set by -Vref. The minute the waveform is started, the
counter starts counting from 0 to (2^n-1), where n is the number of bits implemented by the
ADC. When the voltage found at Vin is equal to the voltage achieved by the triangle waveform
generated by the integrator, the control circuit captures the last value produced by the counter,
which will be the digital correspondent of the analog sample being converted. At the same time,
it resets the counter and the integrator, starting the conversion of the next sample.
This circuit uses an output buffer, meaning that the last converted value can be read while
the ADC is converting the current value.
Even though its design is simpler than ramp counter design, it is still based on a counter, and
thus suffering from the same basic problem found on ramp counter design: speed.
4. Sigma-Delta design.
The sigma-delta ADC (Figure 9) – also called delta-sigma – uses a different approach. We
can divide it into two major blocks: analog modulator (Figure 10), which takes the analog signal
and converts it into a stream of bits, and digital filter (Figure 11), which converts the serial
stream from the modulator into a “usable” digital number.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 5
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
Figure D.6.: Sigma-Delta design.
Figure D.7.: Analog modulator.
Figure D.8.: Digital filter.
The problem with sigma-delta ADCs is that with using just 1-bit the SNR would be too low.
If you remember our formula SNR = 6.02 x n + 1.76 dB, sigma-delta ADCs would have a SNR
of only 7.78 dB.
However, due to over-sampling, the quantization noise is thrown to the high frequencies of
the spectrum, and not spread all over the spectrum as it occurs with other designs. This effect is
called shaped noise. With all the noise concentrated in a specific portion of the spectrum – on a
frequency range above the sampled data –, is quite easy to construct a filter to remove it, thus
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 6
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
improving SNR. This kind of filter is known as low pass filter and this filtering is done on the
digital filtering stage.
5. Pipeline design.
Pipeline ADC uses two or more steps of subranging. First, a coarse conversion is done. In a
second step, the difference to the input signal is determined with a digital to analog converter
(DAC). This difference is then converted finer, and the results are combined in a last step. This
type of ADC is fast, has a high resolution and only requires a small die size.
Figure
Applications.
D.9.:
12-bit
Pipeline
ADC.
1. Internet.
Internet network are connected using telephone networks, which carry analog signals only.
For that reason, a modem is required to convert the digital data in the computers into analog
signals that can travel within the telephone network. This modem is considered to be an ADC as
a DAC.
1101...
Lampiran D – (ADC – DAC)
1101...
Halaman D. 7
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
2. Audio CD.
We know that music is actually sound waves (analog). So, to store these analog data in a
CD, we have to first convert them into digital storable data. Therefore, ADCs are used. In case of
audio CD, a high sampling rate is used (44,100 Hz) to achieve a good sound resolution. So, when
we play the audio CD, an inverse proceed is done. A DAC is used to reconvert the digital data
stored in the CD back to its original format (analog data).
Conclusion.
In conclusion, we can see that ADCs play a major role in Computers Communications. The
Internet network itself depends on the process of ADCs. Moreover, we saw how the process of
ADC is done. In addition to that, we saw that there are many designs for ADCs. The most five
known designs are the parallel design (flash ADC), the digital-to-analog converter-based design,
the integrator-base design, the sigma-delta design and the pipeline design. All of them perform
that same job but differ in their efficiency (speed & space storage).
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 8
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
2.2 Konversi Digital ke Analog
Pengubahan besaran analog ke digital ditentukan oleh besar tegangan input maksimum yang
diukur dalam Volt, mVolt atau uVolt, sedang nilai konversi digitalnya juga bebas ditentukan hal
ini tergantung berapa bita yang digunakan untuk mengkonversinya. Begitu pula untuk pengubah
digital ke analog juga sama dan hasil konversi tergantung pula pada besar tegangan referensinya.
Berikut sebuah contoh diagram konversi digital ke analog atau sebaliknya:
Teg.(V
)
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
Digita
l
Gambar D.10. Prinsip pengubah digital ke analog.
Gambar D.10 diatas adalah menunjukan konversi dari 4 bit digital dan diperoleh 16 macam
harga konversi analog, bilamana kita gunakan tegangan tertinggi untuk konversi 15 volt maka
setiap kenaikan nilai konversi adalah 1 volt jadi bila nilai digital 0100 hasil konversinya adalah
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 9
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
4x1volt = 4 volt. Seandainya nilai tertinggi dibuat 4,5 volt maka setiap kenaikan adalah 0,3 volt
sehingga bila nilai digital 0100 hasil konversinya adalah 4x0,3volt = 1,2 volt.
Gambar 41. Pengubah digital ke analog (DAC) 4 bit
Dari penjelasan diatas dapat ditentukan jumlah harga tegangan atau aplitudo sebagai hasil
konversi adalah tergantung pada jumlah bit digital yang dikonversikan, dan besar kecilnya harga
analog hasil konversi juga ditentukan oleh besar kecilnya tegangan referensi.
Tabel berikut memberikan data jumlah harga amplitudo sebagai hasil konversi dari jumlah bit
digital, dimana kita bisa lihat untuk 6 bit akan menhasilkan jumlah harga 64 amplitudo dan untuk
8 bit digital akan menghasilkan 256 harga amplitudo analog dst.
Jumlah Bit
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Biner
0000 - 1111
0 0000 – 1 1111
00 0000 – 00 0000
000 0000 – 111 1111
0000 0000 – 1111 1111
0 0000 0000 – 1 1111 1111
00 0000 0000 – 11 1111 1111
000 0000 0000 – 111 1111 1111
0000 0000 0000 – 1111 1111 1111
0 0000 0000 0000 – 1 1111 1111 1111
00 0000 0000 0000 – 11 1111 1111 1111
000 0000 0000 0000 – 111 1111 1111 1111
0000 0000 0000 0000 – 1111 1111 1111 1111
Jumlah Harga
Amplitudo
16
32
64
128
256
512
1024
2048
4096
8192
16384
32768
65536
Makin banyak jumlah bit yang digunakan untuk konversi maka akan semakin banyak jumlah
harga amplitudo yang didapat, dan dengan semakin banyaknya jumlah tersebut akan
menyebabkan tingkat kehalusan konversi semakin tinggi. Sebagai contoh untuk konversi
tegangan analog 10 volt dengan menggunakan jumlah bit 10, maka akan didapatkan jumlah
harga amplitudo 1024 dengan demikian akan diperoleh perbedaan setiap tingkat konversi adalah
10volt dibagi (1024-1) yaitu sama dengan 9,77 milivolt dan bila digunakan 8 bit maka perbedaan
setiap tingkat konversi adalah 39,21 milivolt.
Contoh: Tentukan hasil konversi digital ke analog 5 bit bila input 11111, dimana untuk nilai
input 00001 tegangan output 0,2 volt!
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 10
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
Jawab: Jumlah harga amplitudo untuk DAC 5 bit adalah 32, sedang harga konversi setiap tingkat
0,2 volt maka tegangan untuk konversi 11111 adalah nilai tertinggi yaitu sama dengan
(32-1)x0,2volt = 6,2 volt.
Dengan cara lain dapat pula kita hitung berdasarkan konversi tiap tingkat, yaitu sebagai berikut:
1111B = 3,2 volt + 1,6 volt + 0,8 volt + 0,4 volt + 0,2 volt = 6,2 volt.
Secara struktur dari contoh diatas dapat kita tuliskan sebagai berikut:
Tingkat
24
23
22
21
20
Bit
1
1
1
1
1
Digital
Konversi
(24x0,2) =3,2 (23x0,2) =1,6 (22x0,2) =0,8 (21x0,2) =0,4
0,2 V
V
V
V
V
Dari contoh diatas dapat kita tuliskan rumus konversi secara umum sebagai berikut:
Vo  (2 N 1 a ( N 1)  2 N 1 a ( N 1)  ................... 21 a (1)  2 0 a (0) )Vk
dimana : Vo = tegangan output hasil konversi
N = jumlah bit konversi
a = logika digit hasil konversi
Vk = besar konversi setiap tingkat (volt)
2.3 Resolusi
Resolusi dari sebuah DAC ditentukan perubahan terkecil yang terjadi pada output sebagai hasil
dari perubahan pada input analog, dari contoh konversi diatas resolusinya adalah 0,2 volt dan
selalu diukur berdasar konversi bit terkecil (LSB). Pada DAC 4 bit penghitung (counter) akan
memberikan input sebanyak 16 kondisi dan merupakan siklus yang terus menerus yaitu mulai
dari 0000 sampai 1111, ketika counter menghitung 0000 maka tegangan output analog adalah 0
volt dan berdasar contoh diatas setiap step adalah 0,2 volt sehingga tegangan ouput maksimum
6,2 volt.
Resolusi dinyatakan dalam volt (tegangan) namun demikian dapat juga dinyatakan dalam prosen
dari skala penuh output (dalam contoh 6,2 volt saat input digital 1111),
Step
x100%
SkalaPenuh
0,2
%resolusi =
x100% = 3,92%
6,2
%resolusi =
Contoh: 10 bit DAC memiliki step 10 mV, tentukan tegangan skala penuh dan prosesntase
resolusinya!
Jawab: dengan 10 bit maka jumlah harga amplitudo 1024 dan tegangan terbesar adalah (1024-1)
x 10 mV = 10,23 Volt dan resolusi adalah:
%resolusi =
10mV
x100% = 0,1%
10,23V
Atau dapat juga kita gunakan rumus melalui jumlah harga amplitudo atau jumlah step dari DAC
misal N bit, maka kita tuliskan sebagai berikut:
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 11
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
%resolusi =
1
210 1
UKM
x100% = 0,1%
Dari kondisi ini dapat kita lihat bahwa jumlah bit merupakan penentu prosentase resolusi,
bertambahnya jumlah bit akan menambah jumlah step untuk mencapai skala penuh dan setiap
step akanmenjadi semakin kecil, banyak pembuat DAC menspesifikasi resolusi sebagai jumlah
bit.
2.4 Kode input BCD
Pada umumnya DAC hanya menggunakan kode input biner, akan tetapi sering juga kita jumpai
DAC menggunakan kode input BCD yang dikelompokan kedalam 4 bit dalam satu kelompok
yaitu 4 bit MSD dan 4 bit LSD (least significant digit), dengan demikian dapat mengilustrasikan
bilangan desimal 00 sampai 99 dan step digunakan cara sama dengan biner.
Gambar D.11.. DAC dengan input BCD
Misal bit terkecil pada LSD memiliki nilai konversi 0,1 volt, maka bit diatasnya masing-masing
akan memiliki nilai konversi 0,2 volt, 0,4 volt dan 0,8 volt sedangkan bit terkecil MSD akan
memiliki nilai konversi 1 volt yaitu 10x dari nilai bit terkecil pada LSD.
Contoh: bila nilai konversi pada bit terkecil LSD 0,1 volt tentukan step, skala penuh output,
prosentasi resolusi dan Vout bila pada LSD = 1000 dan MSD = 0101.
Jawab: step adalah sama dengan nilai konversi bit terkecil LSD = 0,1 volt, terdapat 99 jumlah
harga amplitudo (jumlah step), maka ouput skala penuh = 99x0,1 = 9,9 volt dan resolusi
adalah:
%resolusi
=
0,1
9,9
x 100 % = 1 %
Dapat dihitung yaitu untuk LSD =
0,8 V
untuk MSD = 4 V + 1 V = 5,0 V
Vout =
Lampiran D – (ADC – DAC)
5,8 V
Halaman D. 12
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
2.5 Rangkaian Pengubah Digital ke Analog
Terdapat beberapa cara dan rangkaian untuk memperoleh operasi D/A seperti yang telah
dijelaskan diatas, gambar berikut menunjukan prinsip kerja sebuah pengubah digital ke analog
yang menngunakan penjumlah operasional amplifier dimana setiap input dikondisikan dalam dua
besaran tegangan logika yaitu 0 volt untuk logika 0 dan 5 volt untuk logika 1.
Resistor yang dipasangkan adalah merupakan kelipatan dari bit terkecil 1 k, 2 k, 4 k dan 8 k
sedangkan resistor feedback digunakan 1 k, pada percobaan ternyata menghasilkan data
pengukuran seperti tabel yaitu dengan memberikan nilai kombinasi pada input A, B, C dan D.
Gambar D.12. DAC menggunakan metoda penjumlah amplifier.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 13
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
Tabel hasil konversi pada rangkaian DAC diatas
Pada gambar diatas menunjukan DAC dengan 4 bit input yaitu A, B, C dan D yang hanya bisa
diberikan logika 0 atau 1 atau 0 volt dan 5 volt, sedangkan op-amp berfungsi sebagai penjumlah
semua input. Berdasar sistem operasi op-amp maka pada A terjadi penguatan 0,125 kali, B
terjadi penguatan 0,25 kali dan C terjadi penguatan tegangan 0,5 kali sedangkan pada D tidak
penguatan artinya tegangan D langsung disalurkan pada output.
Tegangan output merupakan komulatif dari semua itu, yaitu:
Vout = – ( VD + 0,5xVC + 0,25xVB + 0,125xVA )
Tanda negatif pada rumus diberikan karena penjumlah menggunakan inverting sebagai input
amplifier akan tetapi tanda ini bukan merupakan permasalahan disini.
Yang jelas bahwa keluaran dari amplifier penjumlah mereprensentasikan harga berupa tegangan
analog dari hasil konversi input digital A, B, C dan D. Dari rumus diatas bilamana input digital
1010 maka VD = 5V, VC = 0V, VB = 5V dan VA = 0V, sehingga hasil konversi adalah:
Vout = – ( 5 + 0 + 0,25x5 + 0 )
= – 6,25 V
Resolusi adalah sama dengan harga konversi pada bit LSB yaitu 0,125 x 5 V = 0,625 volt, sesuai
dengan tabel diatas maka output analog akan naik sebesar 0,625 volt setiap kali ada kenaikan
input bilangan biner bertambah satu tingkat.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 14
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
2.5.1 Akurasi Konversi
Tabel diatas merupakan contoh hasil konversi yang ideal dengan berbagai variasi input,
bagaimana mendapatkan rangkaian agar diperoleh nilai seperti pada tabel adalah tergantung pada
dua faktor yaitu:
 Tingkat kepresisian dari resistor terpasang input dan feedback

Tingkat kepresisian dari tegangan input.
Gambar D.13. Pengubah digital ke analog 4 bit
Permasalahan resistor mungkin dapat cepat diatasi dengan memilih resistor presisi tinggi misal
0,01 %, akan tetapi level tegangan input selalu kita temui tidak sama oleh karena itu input digital
tidak dapat langsung diambil dari FF, gerbang dasar. Hal tersebut disebabkan level output
gerbang tidak selalu persis sama dengan 0V atau 5V, untuk itu perlu dipasangkan satu rangkaian
amplifier dengan presisi yang tinggi dan dipasang antara resistor input dan output gerbang.
Gambar D.13. merupakan rangkaian level amplifier yang menghasilkan level output yang presisi
5 volt dan 0 volt tergantung logika yang diberikan padanya High atau Low, stabil dan presisi
sumber tegangan untuk memberikan tegangan referensi sehingga diperoleh output dengan
akurasi tinggi.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 15
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
2.5.2 Spesifikasi DAC
DAC dapat kita temui dengan spesifikasi yang sangat beragam begitu pula harganya, satu
keharusan adalah mengenal spesifikasi yang dekeluarkan oleh pabrik sehubungan dengan
penerapan aplikasi dari DAC. Salah satu spesifikasi DAC adalah berhubungan dengan resolusi.
Manufaktur DAC menspesifikasikan beberapa macam akurasi spesifikasi, dua yang sering disebut adalah akurasi
relatif dan differensial liniaritas, dimana secara normal digunakan istilah prosentase pengubah pada output skala
penuh (%FS).
Akurasi relatif adalah deviasi maksimum dari output DAC dari harga ideal, sebagai contoh
gambar 45 memiliki akurasi relatif + 0,01 %FS, selama pengubah memiliki output skala penuh
9,375 V maka konversi prosentase adalah:
+ 0,01 % x 9,375 V = 0,9375 mV.
Hal ini berarti bahwa output DAC setiap saat dapat kurang dari harga sebenarnya sampai 0,9375
mV.
Differensial liniaritas adalah deviasi maksimum dalam suatu step dari step ideal misal dari tabel
konversi didapat step 0,625V dan jika DAC ini memiliki perbedaan liniaritas +0,01%FS berarti
bahwa step sebenarnya akan mencapai 0,9375mV. Untuk tujuan yang umum DAC biasanya
memiliki akurasi antara 0,01- 0,1%. Hal ini penting untuk dipahami bahwa akurasi dan resolusi
dari DAC harus kompatibel, tidak logis bila resolusi 1 persen dan akurasi 0,1 persen atau
kebalikannya.
Sebagai ilustrasi kita ambil contoh DAC dengan resolusi 1 persen dan skala penuh 10 V dapat
menghasilkan tegangan output analog dalam 0,1 V pada suatu kondisi tertentu dengan asumsi
akurasi sangat bagus, hal tersebut akan tidak berguna bilamana memiliki akurasi 0,01 persen dari
skala penuh (1mV) sedangkan resolusinya mendekati 0,1 V.
Kecepatan Operasi biasanya dispesifikasikan sebagai waktu settling yang merupakan interval
waktu maksimum yang dibutuhkan output untuk menghasilkan tegangan dari 0V sampai
mencapai skala penuh seiring dengan perubahan kode input selama waktu 0 detik sampai 1detik.
Umumnya waktu settling pada batas 0-20 µdetik dan secara umum DAC dengan output arus
relatif lebih singkat dibanding DAC dengan output tegangan.
2.6 Operasi multiplexing pengubah digital ke analog.
Pada banyak aplikasi terdapat lebih dari satu kelompok input digital yang akan diubah menjadi
satu besaran analog, sebagai contoh suatu proses kontrol komputer melayani beberapa sinyal
kode digital untuk mengendalikan peralatan penggerak yang beragam seperti motor atau katup
selenoid. Secara prinsip untuk melakukan itu dapat dilakukan melalui dua cara yaitu:
Cara pertama dimana setiap sinyal digital input dikonversikan melalui satu DAC, keuntungannya
adalah setiap sinyal digital dikonversikan terus menerus dan tidak diperlukan adanya penyimpan.
Akan tetapi sistem atau cara ini sangat mahal karena diperlukan komponen yang presisi berisi
anatara lain resistor presisi, sumber referensi, amplifier dsb. pada gambar 46 ditunjukan tiga
buah DAC dimana masing-masing memberikan tiga output Vout1, Vout2 dan Vout3 dan 3 kelompok
saluran input digital hal ini tentunya membuat saluran input terlalu banyak dan pemberian data
input digital sebaiknya dari satu sumber dengan demikian data input digital dari satu sumber dan
output disalurkan pada tiga output.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 16
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
Gambar D.14. DAC dengan output analog terpisah
Cara kedua adalah menggunakan DAC multiplekser, untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada
gambar D.14 yaitu data input masuk ke register dari register disalurkan ke sebuah DAC dan
selanjutnya disalurkan melalui sebuah saklar multiplekser utnuk disalurka pada tiga buah saluran
output analog. Dengan demikian data input digital dapat disalurkan pada saluran yang sama dan
outputnya dipilih melalui multiplekser.
Gambar D.15. DAC menggunakan saklar multiplekser
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 17
TI 2013
IE-204 Elektronika Industri & Otomasi
UKM
Begitu terjadi konversi pada DAC terjadi tegangan V A yang merupakan hasil dari konversi dan
bersamaan dengan tertutupnya salah satu saklar misal S 2 maka kapasitor C2 akan diisi muatan
listrik. Dengan dimuatinya kapasitor maka tegangan hasil konversi disimpan di dalamnya dan
diumpankan pada op-amp yang berimpendansi input tinggi sehingga menghasilkan V OUT.
Apabila terdapat 3 buah sinyal yang akan dikonversi dan masing-masing disalurkan melalui S1,
S2 dan S3 maka setiap kali selesai konversi multiplekser bekerja dan hasil konversi setiap data
disimpan pada kapasitor selanjutnya dikirim ke output masing-masing, dengan adanya penguatan
pada op-amp maka kapasitor yang sudah terisi tidak akan terbebani oleh beban luar.
Rate multipleksing adalah konversi perdetik saat terhubungnya variasi input digital secara
sekuensial ke DAC, satu siklus penuh operasi konversi adalah diawali dengan transfer nilai
digital yang baru pada register input, konversi pada DAC sehingga dihasilkan V OUT tertutupnya
salah satu saklar, pengisian tegangan pada kapasitor dan perolehan hasil pada output op-amp.
Biasanya tanggapan waktu DAC merupakan faktor pembatas utama dari rate multipleksing
(konversi perdetik), bila saklar yang digunakan bekerja secara relay elektromekanik
berkecepatan tinggi waktu yang dibutuhkan realtif lama (1mdetik). Sedangkan batasnya adalah
1kHz atau lebih cepat lagi, untuk itu diperlukan tipe solidstate seperti yang dibuat dari CMOS
saklar bilateral. Harga minimum rate multipleksing (konversi perdetik) ditentukan oleh
kemampuan kapasitor mempertahankan tegangan yang diisikan padanya, sebagai contoh misal
DAC memiliki 4 kanal saat tertentu satu kapasitor diisi melalui saklar yang terhubung padanya
on maka kapasitor harus mampu mempertahankan satu siklus penuh saklar on dari tiga saklar
lainnya.
Lampiran D – (ADC – DAC)
Halaman D. 18