1. bab i pendahuluan

1. BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Salah satu perangkat digital yang menjadi tulang punggung dunia
elektronik adalah Analog to Digital Converter (ADC), perangkat ini
berfungsi untuk mengkuantisasi sinyal analog yang ia terima menjadi
angka – angka representasi digital yang dapat dimanipulasi oleh Central
Processing Unit (CPU).
ADC banyak digunakan pada berbagai perangkat, salah satu perangkat
yang membutuhkan ketelitian tinggi adalah perangkat akuisisi data.
Perangkat akuisisi data digunakan untuk mengambil sinyal analog dari satu
atau lebih sumber dan mengkonversi sinyal tersebut kedalam bentuk digital
untuk analisis atau transmisi oleh terminal equipment seperti komputer,
recorder, atau jaringan telekomunikasi. (Texas Instrument, 2015)
Dengan proses konversi dari sinyal analog menjadi digital banyak
kemajuan yang terjadi dalam hal kecepatan dan kemudahan analisa dan
manipulasi sinyal. Akan tetapi konversi kedalam angka digital bukanlah
representasi sempurna terhadap sinyal analog masukkannya. Terdapat ralat
kuantisasi yang membatasi unjuk kerja dari suatu ADC. Ralat kuantisasi
berkorelasi dengan jumlah bit efektif yang terdapat pada ADC tertentu,
semakin besar jumlah bit semakin kecil ralat kuantisasi sehingga
menghasilkan unjuk kerja konversi suatu sinyal analog ke digital yang
semakin baik. Hanya saja semakin besar jumlah bit suatu ADC harganya
semakin mahal dengan korelasi eksponensial antara jumlah bit dan harga,
yang berarti pertambahan bit sedikit saja, biaya yang dikeluarkan sangat
besar.
Salah satu contoh aplikasi yang membutuhkan jumlah bit yang besar
adalah dalam dunia telekomunikasi. Di sisi lain, banyak aplikasi dalam
1
2
dunia telekomunikasi membutuhkan desain yang kecil dan berdaya rendah,
dan menggunakan komponen pasif yang sedikit. Desain perangkat
komunikasi ini juga harus murah, andal, dan mudah dibuat (Pandita, 2011).
Dengan tren seperti itu maka teknik – teknik tertentu harus dikembangkan
untuk tetap dapat menghasilkan perangkat yang memiliki unjuk kerja tinggi
tapi berbiaya murah dan mudah dibuat.
Untuk mengatasi hal itu perlu dikembangkan teknik – teknik
pemprosesan data digital, salah satunya adalah oversampling. Teknik ini
dapat meningkatkan unjuk kerja suatu perangkat ADC dengan
memanfaatkan frekuensi CPU yang tinggi. Dengan oversampling maka
ralat kuantisasi dapat berkurang dan meningkatkan Signal to Noise Ratio
(SNR) suatu perangkat digital. Semuanya dapat dilakukan tanpa
penambahan perangkat keras, sehingga dapat menghemat biaya dan
meningkatkan kemudahan produksi. Kekurangan dari teknik ini adalah
berkurangnya aliran data dan waktu CPU yang terpakai banyak. (Silicon
Labs, 2013).
Secara umum teknik oversampling mengandalkan sebaran statistik
data (sebaran Gaussian)untuk dapat memperoleh akurasi pengukuran yang
lebih tinggi dari pada seharusnya. Hal yang harus dilakukan dalam
oversampling adalah pengumpulan data berkali – kali, karena itulah maka
teknik ini menggunakan banyak waktu CPU. Semua data yang telah
terkumpul kemudian direrata untuk mendapatkan titik tengah dari sebaran
statistik data tersebut. Jika tidak ada sebaran data, maka tidak akan terjadi
perbaikan akurasi oleh pererataan. Dalam hal ini, untuk mendapatkan
sebaran data tersebut injeksi sinyal periodik kepada sinyal input ADC perlu
dilakukan, hal ini dinamakan dithering (Atmel Corporation, 2005).
Perangkat
akuisisi
data
dapat
dibuat
dengan
menggunakan
mikrokontroler sebagai pusat pemprosesannya. Pada penelitian ini
mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega8 – 16PU. Mikrokontroler
ini memiliki ADC 10 bit dengan frekuensi sampling maksimum 15kHz jika
menggunakan osilator kristal 12MHz. Sebagai input dari sistem akuisisi
3
data, digunakan sensor suhu LM35 yang memiliki sensitifitas 10mV/oC.
Sistem akuisisi data yang dibuat ini akan di-oversampling hingga 16bit
dengan menggunakan dithering sinyal segitiga.
Penelitian ini akan mencoba mengumpulkan data karakteristik
keluaran sistem akuisisi data yang di-oversampling tersebut, terutama pada
perbaikan resolusi yang diberikan dan perubahan kecepatan aliran data
yang diakibatkan oleh oversampling. Analisa terhadap karakteristik sinyal
dithering juga dilakukan dengan memberikan variasi kepada amplitudo dan
frekuensinya untuk menemukan karakteristik sinyal dithering baik yang
dapat memberikan sebaran data yang baik (Gaussian).
1.2. Rumusan Masalah
Berikut adalah rumusan masalah dalam penelitian ini :
1. Apa saja syarat agar oversampling dapat berfungsi dengan baik
meningkatkan akurasi sebuah ADC?
2. Bagaimana karakterisasi sinyal dithering yang tepat agar metode
oversampling bekerja dengan baik?
3. Apa saja kelebihan dan kekurangan penggunaan metode oversampling
dan dithering ini?
1.3. Batasan Masalah
Berikut adalah batasan masalah dalam penelitian ini :
1. Mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega8 – 16PU dengan ADC
10 bit,
2. Jumlah bit terbanyak yang dianalisa adalah 16 bit,
3. Penggunaan alat ukur untuk mengukur white noise hanya dibatasi pada
amplitudonya saja,
4. Sinyal dithering yang digunakan adalah sinyal segitiga,
5. Sinyal input ADC adalah sinyal dengan dV/dt kurang dari 15mV/s.
4
1.4. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan dan batasan masalah di atas, maka penelitian ini
bertujuan untuk :
1. Mengamati pengaruh oversampling terhadap keluaran ADC 10 bit,
2. Mengumpulkan data karakteristik sistem yang menggunakan metode
oversampling dengan berbagai parameter yang berbeda,
3. Mengumpulkan data karakteristik (amplitudo dan frekuensi) sinyal
dithering
yang
dapat
digunakan
dengan
baik
dalam
proses
oversampling.
1.5. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada
pembaca tentang penggunaan metode oversampling untuk meningkatkan
unjuk kerja sebuah ADC, sehingga dapat memberikan pendekatan yang
lebih murah untuk mendapatkan akurasi yang lebih baik. Penelitian ini juga
diharapkan dapat memberikan pendekatan – pendekatan awal kepada
pembaca untuk merancang sistem akuisisi data yang akurat dan presisi.