adc dan dac - materi kuliah, cerita dan apapun yang ... · pdf filesuccessive aproximation...
TRANSCRIPT
ADC dan DAC
Rudi Susanto
Analog To Digital Converter
Sinyal Analog : sinyal kontinyu atau diskontinyuyang 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 kode-kode biner (digital).
Proses konversi Analog ke Digital (1)
detik
Volt
0
2
-2
Sinyal Analog
detik
Volt
0
4
Sinyal Dinaikkan
detik
Volt
0
1
Sinyal pencuplik
1.
2.
Proses konversi Analog ke Digital (2)
detik
Volt
0
4
Sinyal dicuplik
detik
Biner Desimal
11111111 255
10000000 128
00000000 0
Sinyal dikuantisasi dandikodekan
3.
4.
Persamaan untuk ADC
• Keluaran ADC dapat juga dinyatakan dalam bentuk:
dengan : N = keluaran ADC dalam basis 10INT( ) = nilai integer dari besaran dalam kurung
Contoh 1
• Sebuah sensor yang mempunyai keluaran 0,02 V/°C digunakan untuk mengukur suhu 0 sampai 100°C. Sebuah ADC digunakan untukmengonversi tegangan keluaran sensor menjadi data digital. Tentukan besarnyategangan acuan dan besarnya word ADC yang diperlukan agar diperoleh resolusi 0,1 °C.
Penyelesaian
• Tegangan keluaran sensor pada suhumaksimum (100°C):
(0,02 V/°C) (100°C) = 2V
Oleh karena itu digunakan tegangan acuan VR= 2V (pendekatan)
• Resolusi suhu 0,1 °C akan menghasilkanresolusi tegangan :
(0,02 V/°C) (0,1 °C) = 2 mV
• 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
Contoh 2
Dalam suatu pengukuran suhu digunakan sensor yang keluarannya 6,5 mV/°C dan harus dapatmengukur hingga 100°C. Sebuah ADC 6-bit dengan tegangan acuan 10 V digunakan untukmengkonversi tegangan pengukuran menjadidata digital
(a) Rancanglah sebuah rangkaian untukinterface antara sensor dan ADC
(b) Berapa resolusi dalam pembacaan suhu ?
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 111111. Tegangan masukan yang meng-hasilkankeluaran sebesar ini adalah
Jadi besarnya gain yang diperlukan:
Rangkaian yang dimaksudkan adalah:
(b). Perubahan tegangan masukan DV yang menghasilkan perubahan 1 bit LSB:
Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan perubahan tegangan keluaran sensor sebesar:
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 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1/7 – 2/7 Vr 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
2/7 - 3/7 Vr 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0
3/7 - 4/7 Vr 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
4/7 - 5/7 Vr 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
Successive Aproximation Register ADC (SAR)
0,52V
SAR ADC (2)
1 1 1
1 1 0
1 0 0
0 1 1
0 1 0
0 0 1
0 0 0
1 0 1
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 1
1 1 0
0 1 0
1 0 01/2V
3/4V
1/4V
7/8V
5/8V
1/8V
3/8V
7/8V
5/8V
1/8V
3/8V
6/8V
4/8V
0V
2/8V
PembandingPertama
PembandingKedua
PembandingKetiga
PembandingTerakhir
Ramp ADC
Tracking ADC
Perbandingan :
• Jenis ADC 8 bit rate
SAR 100-8000 kHz
Tracking 4 kHz
Flash 100 MHz
V/F 40 Hz
Digital To Analog Converter
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.
Fungsi Terminal DAC(1). Terminal Masukan : pada umumnya
masukannya berupa kata biner denganlevel 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.
(4). Keluaran : tegangan yang merepresentasikan masukandigital, dengan step yang ditentukan oleh Persamaan
(5). Data latch : untuk meng-update keluaran
• Keluaran DAC diberikan oleh:
dengan :
Vout = tegangan keluaran analog
VR = tegangan acuan
b1,b2,...bn = kata biner n - bit
• Tegangan keluaran minimum adalah nol, danmaksimumnya ditentukan oleh ukuran katabiner dan nilainya mendekati VR
• Keluaran DAC juga dapat dinyatakan sebagai:
dengan N = nilai ekivalen masukan DAC dalambasis 10.
Resolusi Konversi• Resolusi pengkonversian merupakan fungsi tegangan
acuan dan banyaknya bit dalam word:
Contoh 1
Tentukan berapa banyaknya bit DAC yang diperlukan untuk menghasilkan resolusi keluaransebesar 0,04 V bila digunakan tegangan acuansebesar 10 V
Penyelesaian
• Dari persamaan (3.6) ;
y = 7,966
Contoh 2
Sebuah valve kendali mempunyai perubahanpembukaan yang linier bila tegangan masukannyaberubah dari 0 sampai 10 Volt. Keluaran sebuahmikrokomputer yang mempunyai word 8 - bit digunakan untuk mengendalikan pembukaan valve tersebut melalui sebuah DAC 8 - bit.
a. Berapa tegangan acuan yang diperlukan untukmemperoleh pembukaan valve penuh(10V)
b. Berapa persentase pembukaan valve untuksetiap perubahan masukan 1-bit.
Penyelesaiana. Kondisi pembukaan penuh terjadi bila masukan
valve 10 V
b). Perubahan tegangan keluaran DAC per-step:
Rangkaian Digital To Analog Converter
).(2
0
4
1
8
2Vf
DDDVo
D2 D1 D0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
Jenis DAC
• Jenis-jenis DAC yang akan dibahas dalammateri ini:
– R2R
– Weighted Resistor
– Potentiometric
R2R DAC
• Paling banyak diimplementasikan padaberbagai chip DAC / ADC
• Menggunakan resistor dengan 2 nilai yaitu R dan 2R pada rangkaiannya
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
• Persamaan untuk rangkaian R2R adalah:
Vout = Vref * Val / (2n)
Dengan
Vout:tegangan keluaran DAC
Val:nilai digital yang dibetuk oleh masukan-masukan digital
n:lebar bit masukan
• 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
R
2R
R8
1k
R5
2k
U5A
7404
1 2
Rangkaian Weighted Resistor
Menggunakan resistor dengan nilai R,2R,4R, …, 2nR yang akan membobotnilai logika bit-bit inputKelemahan : nilai R kesulitan dicari di pasaran
Potentiometric DAC
DAC 3 bit
Besarnya R pada resistor ladder sama, jumlahnya 2n , dengan n=lebar bit
Praktikum dengan EWBDIGITAL TO ANALOG CONVERTER
• Binary-weighted Digital-to-Analog Converter
Isikan Tabel Berikut!
Referensi hasil
Analisisnya
Sebuah rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusundari beberapa Resistor dan Operational Amplifier sepertigambar di atas. Resistor 20 kΩ menjumlahkan arus yang dihasilkan dari penutupan switch-switch D0 sampai D3. Resistor-resistor ini diberi skala nilai sedemikian rupasehingga memenuhi bobot biner (binary-weighted) dariarus 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 dihasilkandari switch sebelumnya. Nilai konversi dari kombinasipenutupan switch ditunjukkan pada Tabel
• R/2R Ladder Digital-to-Analog Converter
Isikan Tabel Berikut!
Referensi hasil
Analisisnya
• Prinsip kerja dari rangkaian R/2R Ladder adalah sebagai berikut : informasi digital 4 bit masuk ke switch D0 sampai D3. Switch inimempunyai kondisi “1” (sekitar 5 V) atau “0” (sekitar 0 V). Denganpengaturan switch akan menyebabkan perubahan arus yang mengalir melalui R9 sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya Sebagaicontoh, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0 dan D3 = 1, maka R1 akan paraleldengan R5 menghasilkan 10 kΩ. Selanjutnya 10 kΩ ini seri denganR6 = 10 kΩ menghasilkan 20 kΩ. 20 kΩ ini paralel dengan R2 menghasilkan 10 kΩ, dan seterusnya sampai R7, R3 dan R8. Voutyang dihasilkan dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasidan hasil konversinya ditunjukkan pada tabel
Tugas
Tugas
• Jelaskan proses perubahan dari sistim analog ke digital dengan membuat rangkaian ADC dari IC ADC0804
• Membuat ADC dan DAC secara Hardware