Modul ke: 07 Fakultas Pengkondisian Sinyal Digital ADC(Analog to Digital) FT Program Studi Teknik Elektro Zendi Iklima, S.T, S.Kom, M.Sc Konverter Analog ke Digital (ADC) Transduser yang memberikan output sinyal digital secara langsung dan sedang dikembangkan, sebagian besar transduser tetap hanya mengkonversi variabel dinamik ke dalamsebuah sinyal lsitrik analog. Dengan peningkatan penggunaan logika digital dan komputer di dalam kontrol proses, sangat [erlu untuk mempergunakan sebuah DAC untukmenhasilkan sebuah output yang dikodekan secara digital Konverter Analog ke Digital (ADC) Fungsi transfer dari ADC dapat diekspresikan dengan cara yang sama dengan dalam sejumlah tegangan analog yang diberikan sebagai input, dan konverter mendapatkan sebuah bilangan biner memberikan input analog, sehingga.. CONTOH 1 Temperatur akan diukur oleh sebuah transduser dengan output 0.02 volt/ o C. Tentukan referensi ADC yang diperlukan dan ukuran waord untuk mengukur 0oC – 100oC dengan resolusi 0.1oC. CONTOH 1 SOLUSI Pada temperatur maksimum 100C, tegangan output adalah. (0.02 V/C) (100C) = 4 V sehingga dipergunakan referensi 2 V. Sebuah perubahan 0.1C menghasilkan suatu perubahan tegangan (0.1C) (0.02 V/C)= 2 mV sehingga kita memerlukan ukuran word 0.002 V = (2) (2 – y ) CONTOH 1 SOLUSI Memilih sebuah ukuran n dengan satu bagian integer dari y. Sehingga, menyelesaikannya dengan logaritma kita dapatkan y= log (2) - log (0.002) log 2 y = 9.996 ~ 10 sehingga, sebuah word 10 bit diperlukan untuk resolusi ini. Sebuah word 10-bit memiliki resolusi V = (2) (2 – 10) Vx = 0.00195 volt yang lebih kecil dari resolusi minimum yang diperlukan yaitu 2 mV. CONTOH 2 Cari word digital yang diperoleh dari input 3.217 volt untuk sebuah ADC 5-bit dengan referensi 5 volt. SOLUSI Hubungan antara input dan output adalah Vx = VR [a12–1 + a22– 2 + a32– 3 + a42– 4 + a52 – 5 ] Sehingga, kita akan mengkodekan sebuah bilangan pedahan yaitu Vx/VR atau a12–1 + a22– 2 + . . . + a52 – 5 = = 0.6254 Menggunakan metoda perkalian succesive yang dinyatakan dalam, 0.6254 (2) = 1.2508 a1 = 1 0.2508 (2) = 0.5016 a2 = 0 0.5016 (2) = 1.0032 a3 = 1 0.0032 (2) = 0.0064 a4 = 0 0.0064 (2) = 0.0128 a5 = 0 Sehingga outputnya adalah 101002. STRUKTUR A/D Hampir semua ADC yang tersedia dalam bentuk rakitan rangkaian terintegrasi (IC) yang dapat dianggap sebagai kotak hitam (black box). Untuk dapat benar-benar mengenal karakteristik dari piranti ii, sangatlah penting untuk memeriksa teknik standar yang dipergunakan untuk melakukan konversi. Ada dua metoda yang dipergunakan untuk melakukan konversi yang merepresentasikan pendekatan yang sangat berbeda untuk permasalahan konversi. ADC PARALEL – FEEDBACK Konverter A/D paralel-feedback menerapkan sistem umpan balik (feedback) untuk melakukan konversi seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Pada dasarnya, sebuah komparator dipergunakan untuk membandingkan tegangan input Vx terhadap sebuah tegangan umpan balik VP yang berasal dari sebuah DAC seperti tampak dalam gambar. ADC PARALEL – FEEDBACK ﷻ䋤 ﷻ耀 㿰䍇 䋤 㿰 䋤ﷻ㿰 㿰 ﷻ ﷻ耀 㿰䍇 䍇 䍇 䋤 䋤 䋤 ﷻ耀 㿰䋤 㿰 ⸳ Konverter A/D tipe pendekatan successive sangat umum digunakan dan melibatkan penggunaan konverter D/A. ADC PARALEL – FEEDBACK Jika Vx lebih besar, maka b1 adalah satu; b2 diset ke 1 dan dilakukan test bagi Vx terhadap VV = VR(2 – 1 + 2 – 2 ), dan seterusnya. Jika Vx lebih kecil dari VR2–1, maka b1 direset ke nol; b2 diset ke 1 dan dilakukan test bagi Vx terhadap VR 2 – 2. Proses ini diulang hingga bit terendah (least significant bit) dari word. CONTOH 3 Cari pendekatan successive output ADC untuk konverter 4-bit terhadap input 3.217 volt jika referensi adalah 5 volt. SOLUSI Mengikuti prosedur secara garis besar, kita mendapatkan operasi berikut. Dengan Vx = 3.217. (1) Mengeset b1 = 1 Vx > 2.5 (2) (3) VF = 5(2 – 3) = 3.125 volt biarkan b1 = 1 Mengeset b4 = 1 Vx < 3.4375 VF = 2.5 + 5(2 – 2) = 3.75 volt reset b2 = 0 Mengeset b3 = 1 Vx > 3.125 (4) biarkan b1 = 1 Mengeset b2 = 1 Vx < 3.75 VF = 5(2 – 1) = 2.5 volt VF = 3.125 + 5(2 – 4) = 3.4375 volt mereset b1 = 0 Melalui prosedur ini, kita dapatkan output merupakan sebuah word biner 10102. KARAKTERISTIK UMUM 1.Input. Biasanya berupa level tegangan analog. Level yang paling umum adalah 0 – 10 volt atau –10 hingga +10 jika dimungkinkan konversi bipolar. Dalam beberapa kasus, level ditentukan oleh sebuah referensi suplai eksternal. 2.Output. Sebuah word biner paralel atau serial yang merupakan hasil pengkodean input analog. 3.Referensi. Stabil, sumber dengan ripple kecil terhadap konversi. 4.Suplai Daya. Biasanya, sebuah suplai bipolar ±12 hingga ±18 V diperlukan untuk amplifier analog dan komparator dan sebuah suplai +5 V untuk rangkaian digital. KARAKTERISTIK UMUM 5.Input Sample a n d H old. E rror t im bu l jika t e ga n ga n inputberubah selama proses konversi. Untuk alasan ini, sebuah amplifier sample and hold selalu dipergunakan pada input untuk memberikan sebuah tegangan input tetap ntuk proses konversi. 6.Sinyal digital. Sebagian besar ADC memerlukan sebuah logika input tinggi pada jalur yang diberikan untukmenginisialisasi proses konversi. Ketika konversi selesai, ADC biasanya memberikan sebuah level tegangan tinggi pada jalur lainnya sebagai indikator untuk mengikuti perlengkapan status. KARAKTERISTIK UMUM 7.Waktu konversi. ADC harus berurutan melalui sebuah set operasi sebelum dapat menemukan output digital yang diinginkan. Untuk alasan ini, sebuah bagian penting dari spesifikasi adalah waktu yang diperlukan untuk konversi. Waktu adalah 10 – 100 s bergantung pada jumlah bit dan desain dari konverter. Zendi Iklima, S.T, S.Kom, M.Sc
