ADC N' DAC

I. Analog to Digital Converter (ADC)

1.Pengertian, fungsi serta prinsip kerja ADC

Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal – sinyal digital. ADC banyak digunakan sebagai rangkaian pengendali (driver) yang membutuhkan input analog, seperti motor AC maupun DC, tingkat kecerahan pada lampu, Pemanas (Heater) dan sebagainya. Dalam menjelaskan prinsip dari ADC, terdapat dua hal penting yang menjadi dasar dari ADC yaitu Resolusi dari ADC dan Teorema Petik dan Genggam (Sample and Hold). yang jadi pertanyaan adalah kenapa sinyal analog tersebut harus di ubah ke sinyal digital? Yaitu agar sinyal analog tersebut bisa dibaca sebagai data dan kalo sudah dalam bentuk data maka kita dapat dengan mudah mengolah data tersebut didalam perangkat digital.


Konverter A/D tersedia secara komersial tersedia sebagai rangkaian terpadu dengan resolusi 8bit, 16 bit sampai dengan 32 bit. Pada pembahasan kali ini kita akan coba jelaskan mengenai perbedaan dari bit resolusi tersebut, pada ADC0801, yaitu sebagai sebuah konverter A/D 8 bit yang mudah diinterfacekandengan sistem berbasis 8 bit misalkan mikrokontroller. A/D ini menggunakan metode approksimasi berturut-turut untuk mengkonversikan masukan analog (0-5V) menjadi data digital 8 bit yang ekivalen. ADC0801 mempunyai pembangkit clock internal dan memerlukan catu daya +5V dan mempunyai waktu konversi optimum sekitar 100us.

Diagram konfigurasi pin ADC0804 ditunjukkan pada gambar 1. Pin 11 sampai 18 ( keluaran digital ) adalah keluaran tiga keadaan, yang dapat dihubungkan langsung dengan bus data bilamana diperlukan. Apabila CS ( pin 1 ) atau RD (pin2) dalam keadaan high (“1”), pin 11 sampai 18 akan mengambang ( high impedanze ), apabila CS dan RD rendah keduanya, keluaran digital akan muncul pada saluran keluaran.
Sinyal mulai konversi pada WR (pin 3). Untuk memulai suatu konversi, CS harus rendah. Bilamana WR menjadi rendah, konverter akam mengalami reset, dan ketika WR kembali kepada keadaan high, konversi segera dimulai.
Konversi detak konverter harus terletak dalam daereh frekuensi 100 sampai 800kHz. CLK IN ( pin 4) dapat diturunkan dari detak mikrokontroller, sebagai kemungkinan lain, kita dapat mempergunakan pembangkit clock internal dengan memasang rangkaian RC antara CLN IN ( pin 4) dan CLK R ( pin 19).
Pin 5 adalah saluran yang digunakan untuk INTR, sinyal selesai konversi. INTR akan menjadi tinggi pada saat memulai konversi, dan akan aktiv rendah bila konversi telah selesai. Tepi turun sinyal INTR dapat dipergunakan untuk menginterupsi sistem mikrokontroller, supaya mikrokontroller melakukan pencabangan ke subrutine pelayanan yang memproses keluaran konverter.
Pin 6 dan 7 adalah masukan diferensial bagi sinyal analog. A/D ini mempunyai dua ground, A GND (pin 8) dan D GND ( pin10). Kedua pin ini harus dihubungkan dengan ground. Pin 20 harus dihubungkan dengan catu daya +5V
A/D ini mempunyai dua buah ground, A GND ( pin 8 ) dan D GND ( pin 10). Keduanya harus dihubungkan dengan catu daya, sebesar +5V.
Pada A/D 0804 merupakan tegangan referensi yang digunakan untuk offset suatu keluaran digital maksimum.

A/D ini dapat dirangkai untuk menghasilkan konversi secara kontinu. Untuk melaksanakannya, kita harus menghubungkan CS, dan RD ke ground dan menyambungkan WR dengan INTR seperti pada gambar dibawah ini. Maka dengan ini keluaran digital yang kontinu akan muncul, karena sinyal INTR menggerakkan masukan WR. Pada akhir konversi INTR berubah menjadi low, sehingga keadaan ini akan mereset konverter dan mulai konversi.

2. Jenis-jenis ADC serta fungsi dari masing-masing jenis ADC

ADC adalah proses pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital. Proses
pengubahan terjadi pada konverter/pengubah yang dikenal dengan analog to digital
converter. Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. Terdapat
empat macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu integrating, tracking
converter, successive approximation dan flash/paralel. Keempat jenis ADC tersebut
mewakili beberapa macam pertimbangan diantaranya resolusi, kecepatan konversi dan
biaya.
Menurut cara pengkonversiannya, ADC dapat dikelompokkan kedalam beberapa
jenis yaitu :

1.Tipe Integrating
Tipe Integrating menawarkan resolusi tertinggi dengan biaya terendah. ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini memiliki kelemahan yaitu waktu
konversi yang agak lama, biasanya beberapa milidetik.

2.Tipe Tracking
Tipe tracking menggunakan prinsip up down counter (pencacah naik dan turun).
Binary counter (pencacah biner) akan mendapat masukan clock secara kontinyu dan
hitungan akan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah apakah
sedang naik (up counter) atau sedang turun (down counter). ADC tipe ini tidak
menguntungkan jika dipakai pada sistem yang memerlukan waktu konversi masukan
keluaran singkat, sekalipun pada bagian masukan pada tipe ini tidak memerlukan
rangkaian sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock pencacah,
semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses konversi akan semakin singkat.

3.Tipe flash atau paralel
Tipe ini dapat menunjukkan konversi secara lengkap pada kecepatan 100 MHz
dengan rangkaian kerja yang sederhana. Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari konverter sebelumnya,
jadi untuk tegangan masukan Vin, dengan full scale range, komparator dengan bias
dibawah Vin akan mempunyai keluaran rendah. Keluaran komparator ini tidak dalam
bentuk biner murni. Suatu dekoder dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran yang
biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi, dengan waktu tunda (delay) kurang dari
6 ns banyak digunakan, karena itu dihasilkan kecepatan konversi yang sangat tinggi.
Jumlah komparator yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit adalah 2^n – 1.

4.Tipe successive approximation
Tipe successive approximation merupakan suatu konverter yang paling sering
ditemui dalam desain perangkat keras yang menggunakan ADC. Tipe ini memiliki
kecepatan konversi yang cukup tinggi, meskipun dari segi harga relatif mahal. Prinsip kerja konverter tipe ini adalah, dengan membangkitkan pertanyaan-pertanyaan yang pada
intinya berupa tebakan nilai digital terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan.
Apabila resolusi ADC tipe ini adalah 2^n maka diperlukan maksimal n kali tebakan.

3. Parameter-Parameter Penting Pada ADC

Resolusi konversi ADC
Resolusi konversi dari sebuah konverter analog ke digital adalah, dimana kita dapat mengkonversikan data analog kedalam bit-bit digital tersebut, apakah data analog tersebut akan dikonversikan ke dalam data 8bit, 16 bit atau 32bit, ini tergantung keinginan si perancang design dan tergantung dari kekompatibelan device yang nanti akan di interface kan.

Misalkan ingin meng interface kan ADC dengan mikrokontroller maka harus dilihat support untuk berapa bit kah mikrokontroller tersebut?, dan biasanya mikrokontroller support untuk ADC dengan resolusi 8 bit.

Time Konversi

Time konversi atau waktu konversi adalah waktu yang dibutuhkan oleh ADC untuk mengkonversi data analaog ke digital, untuk menentukan time konversi ini tentunya kita harus melihat di datasheet nya, dan harus dilihat untuk kebutuhan seperti apa.


Time konversi semakin tinggi mungkin semakin baik, tetapi harus didukung pula untuk interface nya seperti apa, missal untuk mikrokontroller yang support untuk time lebih besar maka tidak akan cocok bila menggunakan ADC dengan Time yang lebih besar, penentuan time konversi ini perlu disesuaikan dengan design interface nya seperti apa. Jika semua device nya mendukung untuk time yang lebih cepat maka dengan menggunakan ADC yang time nya lebih cepat itu akan menjadi lebih baik.


IV. ADC yang ada dipasaran

Konverter A/D tersedia secara komersial tersedia sebagai rangkaian terpadu dengan resolusi 8, 16 bit sampai dengan 32 bit. Dipasaran mungkin lebih banyak tersedia ADC yang 8 bit. Type-type ADC yang tersedia seperti: ADC080X dll.




II. Digital to Analog Converter (DAC)

1. Pengertian DAC
DAC adalah perangkat untuk mengkonversi sinyal masukan dalam bentuk digital menjadi sinyal
keluaran dalam bentuk analog (tegangan). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding
dengan nilai digital yang masuk ke dalam DAC.


2. Jenis-jenis dan fungsi dari DAC

Ada beberapa jenis dari DAC tetapi yang paling umum terdiri dari 2 jenis yaitu :
1. DAC - Resistor Berbobot (Weighted Resistor DAC)
Prinsip dasar dari rangkaian ini adalah rangkaian penjumlah (summing circuit)
yang dibentuk dengan menggunakan Operasional Amplifier.


2. DAC - Pasangan R-2R (R-2R DAC)
Prinsip dasar dari rangkaian ini dibentuk karena mengatasi hambatan besar resistor yang terjadi bila jumlah bit rangkaian bertambah. Rangkaian ini hanya menggunakan dua nilai resistor. Sama seperti rangkaian diatas, prinsip dasar rangkaian ini menggunakan rangkaian penjumlah langsung (Direct summing circuit) yang dibentuk dengan menggunakan Operasional Amplifier.

Dapat disimpulkan dari dua jenis DAC diatas, sudah banyak terdapat DAC yang terintegrasi menjadi suatu serpih (IC) yang mudah dalam penggunaannya. Contohnya adalah National Semiconductor DAC 0808 yang menggunakan prinsip R-2R.