Hasil Oversampling 13 Bit Hasil Oversampling 14 Bit Hasil Oversampling 15 Bit Hasil Oversampling 16

Transkripsi

1 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii PERNYATAAN... iii PRAKATA... iv DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN... xiv INTISARI... xv ABSRACT... xvi 1. BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian BAB II TINJAUAN PUSTAKA Oversampling Dithering BAB III DASAR TEORI ADC Cara kerja SAR ADC Ralat Statis Pada SAR ADC Frekuensi Nyquist Sumber Noise ADC Oversampling Decimation Dithering BAB IV METODE PENELITIAN Peralatan, Bahan, Dan Software Yang Digunakan Dalam Penelitian Skema Penelitian vii

2 4.3. Perancangan Rangkaian Akuisisi Data Diagram Blok Rangkaian Akuisisi Data Blok Mikrokontroler Blok Catu Daya Blok Pengkondisi Sinyal (Buffer & Sum Amplifier) Blok Sensor Blok Generator Sinyal Dither Noise dan Grounding Komunikasi Data Via USB Perancangan GUI Client PC Refresh Rate Dan Data Logging Penggambaran Grafik Pencarian modul akuisisi data di port USB Algoritma Penerimaan Data Perancangan Firmware Mikrokontroler Komunikasi USB ADC Timer Interrupt Algoritma Oversampling Algoritma Pemrosesan Dan Pengiriman Sinyal Karakterisasi Sinyal Dithering Dan Pengaruhnya Terhadap Unjuk Kerja ADC Yang di-oversampling BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Sinyal Dan Noise Dalam Rangkaian Karakteristik Noise Pada Jalur Catu Daya Karakteristik Noise Pada Jalur Ground Karakteristik Noise Pada Output LM Karakteristik Noise dan sinyal dithering Pada Output Opamp Karakteristik Noise Pada Output LM Karakteristik Noise Pada Jalur Catu Daya Analog (AVCC) Hasil Pengukuran Noise Keseluruhan Hasil Karakterisasi Oversampling Hasil Oversampling 12 Bit viii

3 Hasil Oversampling 13 Bit Hasil Oversampling 14 Bit Hasil Oversampling 15 Bit Hasil Oversampling 16 Bit Hasil Karakterisasi Oversampling Keseluruhan Hasil Variasi Dithering Hasil Variasi Amplitudo sinyal dithering terhadap pembacaan ADC yang di-oversampling Hasil Variasi Frekuensi sinyal dithering terhadap pembacaan ADC yang di-oversampling BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C ix

4 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Hasil oversampling ADC Flash 6 bit menjadi 12 bit (Abumurad & Choi, 2012)... 6 Gambar 2.2 Diagram blok suatu sistem ADC dengan dithering (Liu, et al., 2014). 7 Gambar 2.3 Hasil kuantisasi sinyal analog dengan berbagai distribusi sinyal dithering (Liu, et al., 2014)... 7 Gambar 3.1 Arsitektur SAR ADC (Kester, 2009)... 8 Gambar 3.2 Langkah yang diambil dalam proses konversi oleh SAR ADC 6 bit dengan input 45 LSB (Kester, 2009) Gambar 3.3 Offset Error pada ADC (Texas Instrument, 1999) Gambar 3.4 Gain Error pada ADC (Texas Instrument, 1999) Gambar 3.5 Differential Non-linearity pada ADC (Texas Instrument, 1999) Gambar 3.6 Integral Non-linearity pada ADC (Texas Instrument, 1999) Gambar 3.7 Sebaran noise dengan probabilitas yang sama sepanjang amplitudo quantization noise (Carusone, et al., 2012) Gambar 3.8 Oversampling dengan faktor 2 (Agilent Technologies, 2008) Gambar 3.9 Diagram blok ADC dengan tambahan noise (Silicon Labs, 2013) Gambar 3.10 Rapat spektrum dari quantization noise (Carusone, et al., 2012) Gambar 3.11 (a) Diagram blok oversampling, menunjukkan ADC dan Low-pass filter (H(f)). (b) respon brick-wall dari Low-pass filter H(f). (Carusone, et al., 2012) Gambar 3.12 Sebaran data yang dapat memanfaatkan oversampling untuk meningkatkan akurasi dan unjuk kerja SNR (Silicon Labs, 2013) 21 Gambar 3.13 Sebaran data yang tidak sesuai dengan kurva Gaussian Bell tidak dapat memanfaatkan oversampling (Silicon Labs, 2013) Gambar 3.14 Contoh penggunaan dithering (Atmel Corporation, 2005) Gambar 4.1 Skema Penelitian Gambar 4.2 Diagram blok rangkaian akuisisi data Gambar 4.3 Blok Mikrokontroler x

5 Gambar 4.4 Rangkaian filter EMI dan kurva respon frekuensi dari Ferrite Chip (Murata, 2006) Gambar 4.5 Blok pengkondisi sinyal Gambar 4.6 Blok sensor Gambar 4.7 Blok generator sinyal dither Gambar 4.8 Topologi star grounding pada rangkaian modul akuisisi data Gambar 4.9 Blok komunikasi USB Gambar 4.10 Contoh file.csv hasil logging jika dibuka dengan notepad Gambar 4.11 Code Snippet untuk memulai logging Gambar 4.12 Code Snippet penulisan data hasil pengukuran kedalam file.csv Gambar 4.13 Antarmuka GUI software PC Client untuk menerima dan menyimpan data dari mikrokontroler Gambar 4.14 Code Snippet untuk memperbaharui tampilan plot grafik Gambar 4.15 Code Snippet untuk proses pencarian modul akuisisi data Gambar 4.16 Diagram alir algoritma penerimaan data oleh software PC Client Gambar 4.17 Diagram alir algoritma penerimaan data oleh software PC Client (lanjutan) Gambar 4.18 Code snippet untuk komunikasi data USB Gambar 4.19 Code snippet untuk memulai konversi sinyal analog ke digital Gambar 4.20 Code snippet inisiasi pengaturan timer0 dan timer Gambar 4.21 Code snippet untuk melakukan oversampling 2 bit dan 6 bit Gambar 4.22 Diagram alir algoritma pemprosesan dan pengiriman sinyal via USB oleh mikrokontroler Gambar 4.23 Diagram alir pelaksanaan karakterisasi sinyal dithering dengan variasi amplitudo Gambar 4.24 Diagram alir pelaksanaan karakterisasi sinyal dithering dengan variasi frekuensi Gambar 5.1 Amplitudo noise pada berbagai titik VCC (a) LM35 (b) USB (c) mikrokontroler (d) OpAmp xi

6 Gambar 5.2 Amplitudo noise berbagai titik ground (a) dekat pin GND LM35 (b) dekat pin GND OpAmp (c) dekat pin GND mikrokontroler (d) dekat pin GND USB Gambar 5.3 Noise pada output LM Gambar 5.4 Berbagai amplitudo sinyal keluaran OpAmp beserta dither (a) 5mVpp (b) 15mVpp (c) 96mVpp Gambar 5.5 Noise pada output LM Gambar 5.6 Noise pada pin AVCC Gambar 5.7 Hasil pembacaan ADC tanpa oversampling, ralat kuantisasi adalah 2,54mV / 0,254 o C Gambar 5.8 Hasil output digital oversampling 10+2bit Gambar 5.9 Hasil output digital oversampling 10+3 bit Gambar 5.10 Hasil output digital oversampling 10+4 bit Gambar 5.11 Hasil output digital oversampling 10+5 bit Gambar 5.12 Hasil output digital oversampling 10+6 bit Gambar 5.13 Hasil pembacaan sinyal input oleh ADC yang di-oversampling 10+2 bit tanpa dithering Gambar 5.14 Pengaruh variasi amplitudo sinyal dither terhadap pembacaan ADC Gambar 5.15 Hasil pembacaan ADC dengan frekuensi dither yang terlalu (a) rendah, (b) tinggi, hasil yang baik dapat dilihat pada gambar Gambar 5.16 Sinyal input dengan dithering dan sebaran data yang baik (Atmel Corporation, 2005) Gambar 5.17 Aliasing akibat frekuensi sinyal yang lebih tinggi dibandingkan frekuensi sampling (Moxfyre, 2009) xii

7 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Daftar komponen Tabel 5.1 Hasil pengukuran noise di berbagai titik modul akuisisi data Tabel 5.2 Hasil karakterisasi oversampling bit xiii

8 DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN ADC CPU DAC DNL DPWM EMI ENOB ESR INL LSB MSB PC PCB PID RMS SHA SINAD SNR USB VID Analog to Digital Converter Central Processing Unit Digital to Analog Converter Differential Non-Linearity Digital Pulse Width Modulation Electromagnetic Inteference Effective Number of Bits Equivalent Series Resistance Integral Non-Linearity Least Significant Bit Most Significant Bit Personal Computer Printed Circuit Board Product Identity Root Mean Square Sample and Hold Amplifier Signal to Noise and Distortion Signal to Noise Ratio Universal Serial Bus Vendor Identity xiv