ADC-DAC - Prima-Pens

8
DAC - ADC
TUJUAN :
Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan mampu :
¾ Menjelaskan pengertian dasar dari DAC dan ADC secara prinsip
¾ Menjelaskan rangkaian dasar DAC dengan menggunakan Op-Amp.
¾ Menjelaskan operasi DAC jenis Binary Weigh Resistor dan DAC jenis
R-2R Ladder.
¾ Merancang dan mendesain rangkaian DAC jenis Binary Weigh Resistor
dan DAC jenis R-2R Ladder.
¾ Menjelaskan operasi ADC dengan Counter Ramp serta ADC menggunakan
SAR
¾ Merancang dan mendesain rangkaian ADC jenis Counter Ramp dan
ADC jenis SAR.
A/D – D/A CONVERTER
¾ A/D CONVERTER
INPUT
ANALOG
¾ D/A CONVERTER
INPUT
DIGITAL
: MENGKONVERSI TEGANGAN ANALOG
MENJADI DIGITAL
RANGK.
A/D
CONVER
TER
OUTPUT
DIGITAL
: MENGKONVERSI INPUT DIGITAL
MENJADI OUTPUT ANALOG
RANGK.
D/A
CONVER
TER
OUTPUT
ANALOG
BESARAN DIGITAL DAN ANALOG
REPRESENTASI ANALOG
Time (ms)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Representation
analog
digital
3
5
9
10
13
14
13
11
10
10
8
5
REPRESENTASI DIGITAL
0011
0101
1001
1010
1101
1110
1101
1011
1010
1010
1000
0101
OP-AMP (OPERATIONAL AMPLIFIER)
¾ HAMPIR SEMUA RANGKAIAN A/D – D/A CONVERTER
MENGGUNAKAN OP-AMP
¾ ADA TIGA KARAKTERISTIK YANG DIMILIKI OP-AMP HINGGA
BERFUNGSI SEBAGAI AMPLIFIER IDEAL :
1. IMPEDANSI INPUT YANG TINGGI
2. MEMPUNYAI PENGUATAN TEGANGAN YANG TINGGI
3. IMPEDANSI KELUARAN YANG RENDAH
RANGKAIAN OPERATIONAL AMPLIFIER
Dasar Operasi Op-Amp
DAC
DIGITAL TO ANALOG CONVERTER
RANGKAIAN DIGITAL TO ANALOG DAPAT DIBANGUN
DENGAN MUDAH MENGGUNAKAN OP- AMP YANG DIBERI
MASUKAN DENGAN MENGATUR SWITCH-SWITCH YANG
MEWAKILI BESARAN DIGITAL. NILAI BERLOGIC “1” JIKA
SWITCH DIHUBUNGKAN DENGAN SUPPLY 5 VOLT DAN
LOGIC “0” BILA DIHUBUNGKAN DENGAN GROUND/DILEPAS
RANGKAIAN DASAR DIGITAL TO ANALOG (D A C)
ada 2 Jenis :
1. DAC Jenis Binary Weigh Resistor
2. DAC Jenis R-2R LADDER
1. D A C Jenis BINARY WEIGHT RESISTOR
5 Volt
12,5K
D3
D2
D1
25K
50K 100K
D0
20K
Vout
BINARY WEIGHT D/A CONVERTER
TABEL KEBENARAN
Pada DAC Jenis Binary Weight Resistor, pemasangan
nilai Resistor pada input-input Do, D1, D2,…
adalah sebagai berikut :
nilai R yang ada di D1 adalah ½ dari nilai yang ada di Do,
nilai R yang ada di D2 adalah ½ dari nilai yang ada di D1( atau 1/4
dari R yang ada di D0) dan seterusnya.
Pemasangan nilai R yang seperti itu adalah untuk
mendapatkan Vout yang linier ( kenaikan per stepnya tetap).
Rin dicari dengan mem-parallel nilai- nilai resistor yang ada
Pada masing-masing input (D), bila input yang masuk lebih
dari satu.
2. D A C Jenis R-2R LADDER
D A C R-2R LADDER
Analog Output Versus Digital Input
Pada DAC Jenis R-2R Ladder Pemasangan
nilai Resistor pada input-input nya adalah R- 2R, jadi kalau
Nilai R = 10k, maka 2R nya dipasang 20 k.
Pemasangan nilai Resistor yang seperti itu adalah untuk
mendapatkan Vout yang linier ( kenaikan per stepnya tetap).
Langkah – langkah Mencari Vout
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=0, D3=1
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=0, D3=0
10 kOhm
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=1, D3=0
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=1, D3=0 (Thevenin)
ADC
ANALOG TO DIGITAL CONVERTER
Analog To Digital Converter dibutuhkan
apabila akan diproses sinyal-sinyal analog.
Misal:
Dari fenomena alam = suara, cahaya, suhu,
dll,(degan bantuan sensor /transduser supaya
keluar tegangan).
RANGKAIAN DASAR ANALOG TO DIGITAL (A D C)
ada 2 Jenis :
1. ADC Jenis Counter Ramp
2. ADC Jenis SAR (Succesive Aproximation Register)
A
1. ADC Dengan Counter – Ramp A/D
Konverter
+15V
clock
8 – BIT
counter
IN +
B
Start Converter
D0
End of
convertion
Q0
Latch
D-FF
D7
Q7
CP
8 BIT D/A
converter
VReF
Output digital
Comparator
membandingkan
antara
tegangan masukkan analog dengan
tegangan D/A Converter, apabila tegangan
masukkan yang akan dikonversi belum
sama dengan tegangan keluaran dari D/A
converter maka keluaran comparator
=“1”(A>B)
sehingga
clock
dapat
memberikan masukkan counter dan
hitungan counter naik. Bila diperoleh
masukan A = B maka output comparator 0,
dan clock berhenti, dan inilah nilai digit-digit
yang dibaca oleh ADC.
2. ADC Dengan Metode SAR A/D converter
Analog Vin
.
+
-
Clock
oscillator
Successive-approximation
register (SAR)
MSB
STRT
(start conversion)
D7
LSB
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
‘
’
’
’
’
’
’
DR (data ready,
end-of-conversion)
Q7
Cp
Output
register
Q6
Q5
Q4
Q3
(Octal
D F-F)
Q2
Q1
Q0
Vref = 10 V
Vout
8-Bit D/A
converter (DAC)
Metode SAR ini lebih cepat, yakni dengan memakai
konfigurasi, mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 =»
1000 0000, Apabila belum sama (Kurang dari tegangan
analog input )maka bit MSB berikutnya =1=» 1100 0000
Apabila tegangan analog innput ternyata lebih kecil dari
tegangan yang dihasilkan DAC maka langkah berikutnya
menurunkan kombinasi bit =» 1010 0000 (dst).
MIsal =Diberi tegangan analog input sebesar 6,84
Volt dan Tegangan Ref ADC sebesar 10 Volt Sehingga :
Jika D7=1 Vout=5 Volt
D6=1 Vout=2,5 Volt
D5=1 Vout=1,25 Volt
D4=1 Vout=0,625 Volt
: :
:
D0=1 Vout=0,0390625
Setelah diberi sinyal start maka konversi dimulai
dengan memberikan kombinasi 1000 0000, ternyata
menghasilkan tegangan 5 Volt, berarti masih kurang
dari tegangan input 6,84 Volt. Kombinasi mejadi 1100
0000 sehinga tegangan Vout = 7,5 Volt dan ternyata
lebih besar dari 6,84 Volt sehingga kombinasi menjadi
1010 0000 =» Tegangan = 6,25 Volt, masih kurang
sehingga kombinasi naik lagi 1011 0000 demikian
seterusnya hingga mencapai tegangan 6,8359 Volt.
Analog to digital converter dalam bentuk IC chip A/D
Converter yang banyak digunakan serta tersedia di
pasaran adalah jenis :
ADC 0808 dibuat dengan teknologi CMOS
ADC 0809
Timing diagram untuk ADC jenis SAR
IC DAC Converter MC 1408 merupakan IC DAC 8 bit
yang populer
dan tidak begitu mahal ekivalensi dengan DAC 0808
MSB
LSB
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
5
6
7 8
9
10 11
12
IO
current switches
4
2
bias current
R-2R ladder
Gnd
Vref (+)
13
14
VCC
reverence
current
amplifier
15
Vref (-)
16
COMPEN
VEE
3
NPN current
source pair
(a)
Blok diagram MC 1408
1
16 Compen
2
15 Vref(-)
VEE
3
14 Vref (+)
I0
4
13 VCC
A1
5
12
A8 (LSB)
6
11
A7
nc
Gnd
(MSB)
A2
A3 7
10 A6
A4 8
9
A5
TOP VIEW
(b)
Konfigurasi Pin-pin MC 1408
+5 V
(MSB)
13
5
14
VCC
5 Kohm
6
15
5 Kohm
7
8
9
MC 1408
DIGITAL
inputs
10
RF
11
5 Kohm
741
12
4
IOUT
2
741
16
Analok vout =0 to+10v
VEE
3
270 pF
=Vref x(A1/2+A2/4+...+AN/2N)
=0V to 9.96v
-15
(C)
Aplikasi tipikal MC 1408
Tes Rangkaian untuk Aplikasi DAC
Test rangkaian untuk DAC dapat digunakan sebuah
Oscillator dan Counter 8-bit untuk mendrive pada input
DAC, sedangkan untuk melihat Outputnya dapat dilihat
dengan menggunakan Oscilloscope seperti gambar
dibawah.
Rangkaian Tes DAC
3-Bit parallel encoder ADC menggunakan 74148
Ketika Vin adalah 0Volt, + input semua comparator adalah
High Dan output semua comparator adalah “High”,
dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan output
dari 74148 adalah 000).
Ketika Vin adalah 1Volt, output comparator1 adalah
“Low” dan comparator yang lain adalah “High”,
dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan output
dari 74148 adalah 110).
Ketika Vin adalah 2Volt, output comparator2 adalah
“Low” dan comparator yang lain adalah “High”,
dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan output
dari 74148 adalah 101), dan seterusnya.
IC ADC Converter NE 5034 dan ADC 0801
merupakan IC ADC 8 bit
yang populer dan tidak begitu mahal
IREFIN
-VCC
+VCC
I
IN
8-BIT DAC
-
NE5034
COMP
DBO (LSB) 1
+
+
AN GND
INT
CLOCK
AN GND
SAR
8
DIG GND
OUTPUT BUFFER
18 DR
DB1 2
17 DIGITAL GND
DB2 3
16 ANALOG GND
DB3 4
15 I IN
DB4 5
DB5 6
14 -VCC
13 I REF IN
DB6 7
12 +V
CC
DB7 8
11 CLK
OE 9
10 STRT
DATA READY
TOP VIEW
CLK
STRT
OE DB 7
(MSB)
DBO
(LSB)
11
Blok Diagram NE5034 dan pin konfigurasi
IC ADC 0801
Blok Diagram IC 0801
PIN Konfigurasi ADC 0801
ADC 0801 Konversi menggunakan LED
ADC 0804 Konversi menggunakan LED
Contoh Blok diagram Sistem Data Akusisi,
yang berbasis Mikroprosesor / Mikrokontroller