ADC dan DAC Rudi Susanto

Transkripsi

1 ADC dan DAC Rudi Susanto

2 Analog To Digital Converter Sinyal Analog : sinyal kontinyu atau diskontinyu yang didasarkan pada waktu. Sinyal analog dapat dihasilkan oleh alam atau buatan. Contoh sinyal analog : suara, bunyi, cahaya, warna, tegangan ac/dc dsb. Sinyal Digital : sinyal yang tersusun dari kodekode biner (digital).

3 Proses konversi Analog ke Digital (1) 1. Volt Sinyal Analog 2 0 detik -2 Volt 2. Sinyal Dinaikkan Volt 4 1 Sinyal pencuplik 0 detik 0 detik

4 Proses konversi Analog ke Digital (2) 3. Volt 4 Sinyal dicuplik detik 0 4. Biner Desimal Sinyal dikuantisasi dan dikodekan detik

5 Persamaan untuk ADC

6 Keluaran ADC dapat juga dinyatakan dalam bentuk: dengan : N = keluaran ADC dalam basis 10 INT( ) = nilai integer dari besaran dalam kurung

7 Contoh 1 Sebuah sensor yang mempunyai keluaran 0,02 V/ C digunakan untuk mengukur suhu 0 sampai 100 C. Sebuah ADC digunakan untuk mengonversi tegangan keluaran sensor menjadi data digital. Tentukan besarnya tegangan acuan dan besarnya word ADC yang diperlukan agar diperoleh resolusi 0,1 C.

8 Penyelesaian Tegangan keluaran sensor pada suhu maksimum (100 C): (0,02 V/ C) (100 C) = 2V Oleh karena itu digunakan tegangan acuan V R = 2V (pendekatan) Resolusi suhu 0,1 C akan menghasilkan resolusi tegangan : (0,02 V/ C) (0,1 C) = 2 mv

9 Besarnya word dapat diperoleh dari persamaan: Besarnya word yang diperlukan = 10 bit, yang memberikan resolusi tegangan: V = (2) (2-10 ) = 0,00195 V = 1,95 mv

10 Contoh 2 Dalam suatu pengukuran suhu digunakan sensor yang keluarannya 6,5 mv/ C dan harus dapat mengukur hingga 100 C. Sebuah ADC 6-bit dengan tegangan acuan 10 V digunakan untuk mengkonversi tegangan pengukuran menjadi data digital (a) Rancanglah sebuah rangkaian untuk interface antara sensor dan ADC (b) Berapa resolusi dalam pembacaan suhu?

11 Penyelesaian Tegangan keluaran sensor pada 100 C: (6,5 mv/ C) (100 C) = 0,65 V. (a). Rangkaian interface harus memberikan gain sedemikian rupa sehingga pada suhu 100 C keluaran ADC menunjukkan Tegangan masukan yang meng-hasilkan keluaran sebesar ini adalah

12 Jadi besarnya gain yang diperlukan: Rangkaian yang dimaksudkan adalah:

13 (b). Perubahan tegangan masukan DV yang menghasilkan perubahan 1 bit LSB: Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan perubahan tegangan keluaran sensor sebesar:

14 Jenis-jenis ADC Flash ADC Masukan Analog Keluaran Komparator C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 Keluaran Encoder D2 D1 D0 0 1/7 Vr /7 2/7 Vr /7-3/7 Vr /7-4/7 Vr /7-5/7 Vr

15 Successive Aproximation Register ADC (SAR) 0,52V

16 SAR ADC (2) Pembanding Kedua Pembanding Ketiga Pembanding Terakhir 1/2V Pembanding Pertama /4V 1/4V /8V 5/8V 3/8V 1/8V /8V 6/8V 5/8V 4/8V 3/8V 2/8V 1/8V 0V

17 Ramp ADC

18 Tracking ADC

19 Perbandingan : Jenis ADC SAR Tracking Flash V/F 8 bit rate khz 4 khz 100 MHz 40 Hz

20 Digital To Analog Converter

21 Digital To Analog Converter (DAC) DAC menerima informasi dalam bentuk digital dan mengubah-nya menjadi tegangan analog Sebuah DAC biasanya dinyatakan dalam bentuk kotak hitam.

22 Fungsi Terminal DAC (1). Terminal Masukan : pada umumnya masukannya berupa kata biner dengan level logika TTL (2). Catu daya : bipolar yang berkisar dari ±12V ke ±18V, atau menggunakan catu daya tunggal (3). Catu tegangan acuan : diperlukan untuk memperoleh kisaran tegangan keluaran dan resolusi konverter (harus stabil dan ripple-nya rendah). Ada juga yang menggunakan acuan internal.

23 (4). Keluaran : tegangan yang merepresentasikan masukan digital, dengan step yang ditentukan oleh Persamaan (5). Data latch : untuk meng-update keluaran

24 Keluaran DAC diberikan oleh: dengan : Vout = tegangan keluaran analog V R = tegangan acuan b 1,b 2,...b n = kata biner n - bit

25 Tegangan keluaran minimum adalah nol, dan maksimumnya ditentukan oleh ukuran kata biner dan nilainya mendekati V R Keluaran DAC juga dapat dinyatakan sebagai: dengan N = nilai ekivalen masukan DAC dalam basis 10.

26 Resolusi Konversi Resolusi pengkonversian merupakan fungsi tegangan acuan dan banyaknya bit dalam word:

27 Contoh 1 Tentukan berapa banyaknya bit DAC yang diperlukan untuk menghasilkan resolusi keluaran sebesar 0,04 V bila digunakan tegangan acuan sebesar 10 V Penyelesaian Dari persamaan (3.6) ; y = 7,966

28 Contoh 2 Sebuah valve kendali mempunyai perubahan pembukaan yang linier bila tegangan masukannya berubah dari 0 sampai 10 Volt. Keluaran sebuah mikrokomputer yang mempunyai word 8 - bit digunakan untuk mengendalikan pembukaan valve tersebut melalui sebuah DAC 8 - bit. a. Berapa tegangan acuan yang diperlukan untuk memperoleh pembukaan valve penuh(10v) b. Berapa persentase pembukaan valve untuk setiap perubahan masukan 1-bit.

29 Penyelesaian a. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila masukan valve 10 V b). Perubahan tegangan keluaran DAC per-step:

30 Rangkaian Digital To Analog Converter D2 D1 D Vo D2 8 D1 4 D0 2.( Vf )

31 Jenis DAC Jenis-jenis DAC yang akan dibahas dalam materi ini: R2R Weighted Resistor Potentiometric

32 R2R DAC Paling banyak diimplementasikan pada berbagai chip DAC / ADC Menggunakan resistor dengan 2 nilai yaitu R dan 2R pada rangkaiannya

33 Rangkaian R2R Input digital : b1,b2 b7, output analog : Vout Cara kerja: b1,b2,..b7 mengontrol SW1 SWn. Jika logika 1, SW diarahkan ke Vref, Tetapi jika 0, SW diarahkan ke logika 0

34 Persamaan untuk rangkaian R2R adalah: Vout = Vref * Val / (2 n ) Dengan Vout:tegangan keluaran DAC Val:nilai digital yang dibetuk oleh masukanmasukan digital n:lebar bit masukan

35 Sebagai pengganti saklar terkendali agak susah direalisasikan Digunakan buffer/inverter digital dengan keluaran totem-pole (logic 0 benar-benar 0V dan logic 1 benar-benar 5V) bx U5A R R5 2k R R8 1k

36 Rangkaian Weighted Resistor Menggunakan resistor dengan nilai R,2R,4R,, 2 n R yang akan membobot nilai logika bit-bit input Kelemahan : nilai R kesulitan dicari di pasaran

37 Potentiometric DAC DAC 3 bit Besarnya R pada resistor ladder sama, jumlahnya 2 n, dengan n=lebar bit

38 Praktikum dengan EWB DIGITAL TO ANALOG CONVERTER Binary-weighted Digital-to-Analog Converter

39 Isikan Tabel Berikut!

40 Referensi hasil

41 Analisisnya Sebuah rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier seperti gambar di atas. 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 Vout. Penutupan masing-masing switch menyebabkan penggandaan nilai arus yang dihasilkan dari switch sebelumnya. Nilai konversi dari kombinasi penutupan switch ditunjukkan pada Tabel

42 R/2R Ladder Digital-to-Analog Converter

43 Isikan Tabel Berikut!

44 Referensi hasil

45 Analisisnya Prinsip kerja dari rangkaian R/2R Ladder adalah sebagai berikut : informasi digital 4 bit masuk ke switch D0 sampai D3. Switch ini mempunyai kondisi 1 (sekitar 5 V) atau 0 (sekitar 0 V). Dengan pengaturan switch akan menyebabkan perubahan arus yang mengalir melalui R9 sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya Sebagai contoh, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0 dan D3 = 1, maka R1 akan paralel dengan R5 menghasilkan 10 kω. Selanjutnya 10 kω ini seri dengan R6 = 10 kω menghasilkan 20 kω. 20 kω ini paralel dengan R2 menghasilkan 10 kω, dan seterusnya sampai R7, R3 dan R8. Vout yang dihasilkan dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasi dan hasil konversinya ditunjukkan pada tabel

46 Tugas

47 Tugas Jelaskan proses perubahan dari sistim analog ke digital dengan membuat rangkaian ADC dari IC ADC0804 Membuat ADC dan DAC secara Hardware