ADC dan DAC

ADC dan DAC

A. Sinyal Analog dan Sinyal Digital

1. Sinyal Analog

Representasi analog suatu kuantitas direpresentasikan dengan kuantitas lain yang nilainya  berbanding  lurus  dengan  kuantitas  pertama  tersebut.

Contoh :

1.    speedometer  mobil,  dimana  simpangan  jarum  sebanding dengan  kecepatan  mobil.  Posisi  sudut  dari  jarum  menunjukkan  besarnya  kecepatan mobil,  dan  jarum  tersebut  mengikuti  setiap  perubahan  yang  terjadi  pada  saat kecepatan mobil naik atau turun.

2.    thermostat  ruang,  dimana  melengkungnya  batang  bimetal sebanding dengan temperatur ruang. Pada saat temperatur berubah secara bertingkat, lengkungan batang berubah sebanding dengan perubahan temperatur.

Gambar 1. Grafik sinyal analog

2. Sinyal Digital

Representasi  digital,  kuantitas-kuantitas  tidak  dinyatakan  dengan  kuantitas-kuantitas sebanding tetapi dengan symbol-simbol yang disebut digit.

Contoh :

·         Jam digital, yang menunjukkan waktu dalam bentuk digit-digit desimal menyatakan  jam-menit-dan  detik. waktu  berubah  secara kontinyu,  tetapi  yang  terbaca  dalam  jam  digital  tidak  berubah  secara  kontinyu,  namun berubah  satu step demi satu step per detik. Bandingkan dengan representasi analog dari waktu  yang  ditunjukkan  oleh  jarum  jam,  dimana  pembacaan  skala  berubah  secara kontinyu.

Gambar 2. Grafik sinyal digital

B. Analog to Digital Converter (ADC)

Sebuah ADC (Analog to Digital Converter) berfungsi untuk mengkodekan tegangan sinyal analog waktu kontinu ke bentuk sederetan bit digital waktu diskrit sehingga sinyal tersebut dapat diolah oleh komputer. Proses konversi tersebut dapat digambarkan sebagai proses 3 langkah.

Gambar 3. Proses konversi sinyal Analog menjadi Digital

1.     Sampling (pencuplikan)

Merupakan konversi suatu sinyal analog waktu-kontinu, x_a(t), menjadi sinyal waktu-diskrit bernilai kontinu, x(n), yang diperoleh dengan mengambil “cuplikan” sinyal waktu kontinu pada saat waktu diskrit. Secara matematis dapat ditulis :

x(n) = x_a(nT)
Dimana :
T = interval pencuplikan (detik)
n = bilangan bulat, -∞ < n < ∞

2.    Quantizing (kuantisasi)

Merupakan konversi sinyal waktu-diskrit bernilai-kontinu, x(n), menjadi sinyal waktu-diskrit bernilai-diskrit, x q (n). Nilai setiap waktu kontinu dikuantisasi atau dinilai dengan tegangan pembanding yang terdekat. Selisih antara cuplikan x(n) dan sinyal terkuantisasi xq(n) dinamakan error kuantisasi. Tegangan sinyal input pada skala penuh
dibagi menjadi 2 N tingkatan. Dimana N merupakan resolusi bit ADC (jumlah kedudukan tegangan pembanding yang ada). Untuk N = 3 bit, maka daerah tegangan input pada skala penuh akan dibagi menjadi : 2 N = 2 3 = 8 tingkatan (level tegangan pembanding) .

3.    Coding (pengkodean)

Setiap level tegangan pembanding diko an dekan ke dalam barisan bit biner. Untuk N = 3 bit, maka level tegangan pembanding = 8 tingkatan. Kedelapan tingkatan tersebut dikodekan sebagai bit-bit 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111.

C. Digital To Analog Converter (DAC)

DAC (Digital To Analog Converter) adalah perangkat elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal digital (diskrit) menjadi sinyal analog (kontinyu). Aplikasi DAC (Digital To Analog Converter) adalah sebagai antarmuka (interface) antara perangkat yang bekerja dengan sistem digital dan perangkat pemroses sinyal analog.

1. Konsep Dasar DAC (Digital To Analog Converter)

Rangkaian penjumlah op-amp (summing amplifier) dapat digunakan untuk menyusun suatu konverter DAC (Digital To Analog Converter) dengan memakai sejumlah hambatan masukan yang diberi bobot dalam deret biner.

a)    Penguat Inverting

Rangkaian untuk penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar dibawah. Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180°.

Gambar 4. Penguat inverting

Penguatan rangkaian penguat inverting adalah berdasar pada persamaan berikut :

V_out = -V_in(R2/R1)

b)    Penguat Non-Inverting

Penguat non-inverting memiliki ciri khusus yaitu sinyal output adalah sefasa dengan sinyal masukan. Rangkaian ini ditunjukkan oleh gambar berikut.

Gambar 5. Penguat non inverting

Penguatan dari rangkaian penguat jenis ini adalah berdasar pada persamaan berikut,

V_out = V_in((R1+R2)/R1)

c)    Penguat Penjumlah (Dasar DAC)

Penguat penjumlah memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran merupakan hasil penguatan dari penjumlahan sinyal masukannya. Pada bagian ini dicontohkan penguat penjumlah berdasarkan rangkaian penguat inverting. Sehingga sinyal keluaran adalah berbeda fasa sebesar 180^o. Rangkaian penguat penjumlah merupakan konsep dasar dari rangkaian DAC (Digital To Analog Converter).

Gambar 6. Penguat penjumlahan

Penguatan dari rangkaian ini dihitung menggunakan persamaan berikut :

V_out = (-V_in1(R5/R1))+(-V_in2(R5/R2))+(-V_in3(R5/R3))

2. Proses DAC dengan rangkaian  Binary-weighted DAC

Suatu rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier (Op-Amp) seperti gambar berikut.

Gambar 7.  Rangkaian Binary Weighted DAC

Penjelasan :  Resistor 20 kΩ menjumlahkan arus yang dihasilkan dari penutupan switch-switch D₀ sampai D₃. Resistor-resistor ini diberi skala nilai sedemikian rupa sehingga memenuhi bobot biner (binary-weighted) dari arus yang selanjutnya akan dijumlahkan oleh resistor 20 kΩ. Dengan menutup D₀ menyebabkan arus 50 μA mengalir melalui resistor 20 kΩ, menghasilkan tegangan -1 V pada V_out. Penutupan masing-masing switch menyebabkan penggandaan nilai arus yang dihasilkan dari switch sebelumnya. Nilai konversi dari kombinasi penutupan switch ditunjukkan pada tabel berikut.

Konversi dari nilai digital ke nilai analog berdasarkan rangkaian Binary Weighted DAC diatas di tampilkan dalam Tabel Output Binary-weighted DAC