Teknik Akusisi Data 49

6. MAX154/158

6.1. Pendahuluan

MAX154/MAX158 adalah multi-channel analog-to-digital

converter (ADC) dengan kecepatan tinggi. MAX154 mempunyai 4 kanal

input analog sedangkan MAX158 mempunyai 8 kanal. Waktu konversi

untuk keduanya adalah 2.5us. MAX154/MAX158 juga mempunyai

referensi 2.5V internal yang membentuk suatu sistem data akuisisi dengan

kecepatan tinggi.

Keduanya mempunyai track/hold internal, untuk menghapus

track/hold eksternal. Range analog input adalah 0 sampai +5V, meskipun

ADC beroperasi pada single supply +5 volt.

Interfacing dengan mikroprosesor disederhanakan oleh

kemampuan ADC dalam lokasi memori atau port I/O tanpa membutuhkan

rangkaian eksternal. Data output menggunakan latch, rangkaian three-

state buffer memudahkan hubungan langsung ke data bus mikroprosesor

atau sistem input port.

4.2. Aplikasi

ADC ini bisa digunakan untuk

Pemrosesan Sinyal Digital

Data akuisisi dengan kecepatan tinggi

Telekomunikasi

Kontrol Servo kecepatan tinggi

Instrumentasi Audio

Teknik Akusisi Data 50

4.3. Karakteristik

Sistem data akuisisi 1 IC

Kanal Input Analog 4 dan 8

Waktu konversi 2.5 us

Referensi internal 2.5 volt

Internal Track/Hold

Spesifikasi error 1/2 LSB

Single Supply +5 Volt

Tidak ada clock eksternal

4.4. Pin MAX 154 dan MAX 158

gambar 6.1. MAX 154 dan MAX 158

Teknik Akusisi Data 51

Tabel 6.1 Fungsi pin MAX154

Teknik Akusisi Data 52

Tabel 6.2 Fungsi pin MAX 158

Teknik Akusisi Data 53

4.5. Diskripsi Detail

4.5.1. Operasi Konversi

MAX154/MAX158 menggunakan teknik konversi "half-flash"

(gambar 6.2). Dua 4-bit flash ADC digunakan untuk membuat 8 bit data.

Dengan 15 komparator, 4-bit atas MS (most significant) flash ADC

membandingkan dengan input tegangan yang tidak diketahui dengan

referensi ladder dan memberikan 4 data bit atas.

Internal DAC menggunakan bit MS untuk menggerakan input analog

signal dari konversi flash yang pertama. Tegangan sisa menggambarkan

perbedaan antara input yang tidak diketahui dengan tegangan DAC yang

kemudian dibandingkan dengan referensi ladder dengan 15 LS (Least

Significant) komparator flash untuk mendapatkan 4 bit yang rendah.

gambar 6.2. Diagram blok MAX154 / MAX 158

Teknik Akusisi Data 54

4.5.2. Urutan Operasi

Urutan operasi dapat anda lihat pada gambar 6.3 Konversi dimulai

dengan memberikan sinyal falling edge ke pin RD dan CS. Komparator

input mengambil data tegangan input dalam waktu 1 uS. Setelah siklus

pertama, MS akan ditahan di buffer output dan konversi LS dimulai. INT

akan LOW 600 nano detik kemudian , konversi selesai dan output 4 bit

bawah akan ditahan di buffer output. Data kemudian dapat diambil dengan

memberi CS dan RD LOW.

gambar 6.3. Urutan operasi

4.5.3 Interface Digital

MAX 154 / MAX 158 hanya menggunakan CS dan RD sebagai input

sinyal kontrol . Pada operasi RD, CS dan RD LOW, tahan input address

multiplekser (lihat tabel berikut ) dan konversi dimulai.

Tabel 6.3. Pemilihan kanal input

Teknik Akusisi Data 55

Untuk digital interface, terdapat 2 mode operasi yang ditentukan oleh

panjang sinyal RD. Mode 0 diimplementasikan dengan menjaga sinyal RD

LOW sampai konversi selesai. Mode 0 didisain untuk mikroprosesor yang

dapat dipaksa ke keadaan WAIT. Dalam mode ini, konversi dimulai dengan

operasi READ (CS dan RD LOW) dan data dibaca jika konversi selesai.

Mode 1, tidak memerlukan keadaan WAIT dari mikroprosesor. Operasi

READ yang simultan memulai konversi dan membaca hasil konversi

sebelumnya.

4.5.4. Interface Mode 0

Gambar 6.4 menunjukkan timing diagram unutk operasi mode 0.

Mode ini digunakan untuk mikroprosesor yang mempunyai kemampuan

WAIT, dimana perintah READ diberikan untuk mengakomodasi peralatan

memori yang lambat. Dengan memberi CS dan RD LOW, akan menahan

address multiplekser analog dan memulai konversi. Data output DB0 –

DB7 tetap dalam kondisi impedansi tinggi sampai konversi selesai.

Ada 2 status output : INT dan RDY, output open drain (tanpa

resistor pull up internal), dihubungkan ke input READY / WAIT

mikroprosesor. RDY akan LOW pada saat falling edge CS dan high

impedance pada akhir konversi dan data akan keluar. Jika RDY tidak

Teknik Akusisi Data 56

diperlukan , resistor pull up eksternal dapat dibuang. INT akan LOW ketika

konversi selesai dan kembali high impedance pada sisi naik dari CS dan

RD.

gambar 6.4 Interface mode 0

4.7.3. Interface Mode I

Mode 1 didisain untuk aplikasi dimana mikroprosesor tidak dipaksa

ke keadaan WAIT. Dengan memberi CS dan RD LOW, menahan address

multiplekser dan memulai konversi (gambar 6.5). Data dari konversi

sebelumnya dapat segera diambil dari output (DB0 –DB7).

INT akan HIGH pada saat rising edge dan CS atau RD dan akan

LOW pada akhir konversi. Operasi READ kedua diperlukan untuk

membaca hasil konversi ini.

READ kedua menahan address multiplekser dan memulai konversi

lainnya. Waktu tunda 2.5 mikro detik harus diberikan diantara operasi

Teknik Akusisi Data 57

READ. RDY LOW pada saat falling edge dari CS dan high impedance

pada saat rising edge dari CS. Jika RDY tidak diperlukan, resistor pull up

dapat dihilangkan.

gambar 6.5. Interface mode 1

4.8. Spesifikasi Analog

4.8.1. Referensi dan Input

Input VREF+ dan VREF- menentukan skala zero dan skala penuh

dari ADC. Dengan kata lain VREF- menentukan tegangan input dimana

output digital akan 0 semua : 0000 0000 dan VREF+ akan menentukan

tegangan input dimana output digital akan 1 semua : 1111 1111. Lihat

gambar 6.6.

Gambar 6.7, 6.8 dan 6.9 menunjukkan beberapa kemungkinan

referensi yang bisa digunakan. Kapasitor bypass 0.01 uF digunakan untuk

mengurangi output impedansi karena frekuensi tinggi. Kapasitor yang lebih

Teknik Akusisi Data 58

besar tidak boleh dipergunakan karena dapat mengurangi kestabilan buffer

referensi. Referensi 2.5 volt diberikan ke pin VREF+

gambar 6.6 Fungsi Transfer

gambar 6.7 Referensi Internal

Teknik Akusisi Data 59

gambar 6.8 Catu daya sebagai referensi

gambar 6.9 Acuan Input tidak terhadap ground

4.8.2. Bypassing

ELCO 47 uF dan keramik 0.1 uF sebaiknya digunakan untuk bypass

antara VDD dan GND. Kapasitor ini harus ditempatkan sedekat mungkin

dengan VDD jika terlalu jauh dapat menyebabkan kesalahan konversi dan

ketidakstabilan. Jika tegangan referensi ditempatkan jauh, maka harus

diberi kapasitor 0.1 uF terhadap GND.

4.8.3. Input Current

Teknik Akusisi Data 60

ADC ini mempunyai perlakuan yang berbeda terhadap input

analognya, tidak seperti pada ADC yang lain. Komparator yang digunakan

untuk mengambil data membutuhkan sejumlah arus dari inputnya,

tergantung siklusnya.(Lihat gambar di bawah). Pada saat konversi dimulai,

AIN(n) dihubungkan ke komparator MS dan LS. AIN(n) dihubungkan

dengan kapasitor 1 pF sebanyak 31 buah

gambar 6.10 Ekivalen Rangkaian Input

Untuk memberikan sinyal input selama 1 mikro detik, kapasitor

input harus mengisi tegangan input lewat resistansi multiplekser (kira-kira

600 ohm) dan saklar analog komparator ( 2 K ohm samapai 5 Kohm per

komparator). Selain itu kapasitor 12 pF harus dicharge. Input dapat

dimodelkan sebagai rangkaian RC seperti gambar 6.11. Karena RS dapat

naik, kapasitor dapat lebih lama untuk dicharge.

Teknik Akusisi Data 61

gambar 6.11. Ekivalen RC

Karena waktu akuisisi internal sudah didisain, resistansi yang besar

(lebih besar dari 100 ohm) akan menyebabkan kesalahan settling.

Impedansi output dari Op Amp adalah impedansi output open loop dibagi

dengan gain pada saat frekuensi diberikan. Hal ini sangat penting untuk

mendrive input pada frekuensi 1 MHz agar impedansi rendah pada output

dapat dijaga.

4.8.4. Input Filtering

Transien pada input analog yang disebabkan oleh komparator

pengambil data tidak mengurangi performasin ADC, karena ADC hanya

mengambil data setelah transien terjadi. Komparator output akan

mengambil data input selama 1 mikro detik dan kemudian menahannya.

Oleh karena itu paling tidak selama 1 mikro detik kapasitor input ADC

akan charge. Sehingga tidak perlu filter untuk menangani kejadian transien

ini.

4.8.5. Sinusoidal Inputs

MAX 154 / MAX 158 dapat mengukur sinyal input dengan slew

rate 157 mV / uS. Artinya frekuensi input analog 10 kHz bisa dimasukkan

tanpa tambahan track / hold eksternal. Sampling rate maksimum dibatasi

oleh waktu konversi (tCRD = 2 mikro detik) daitambah waktu yang

dibutuhkan untuk konversi (tP = 500 nano detik). Sehingga frekuensi

maksimumnya adalah :

Teknik Akusisi Data 62

fMAX memberikan sampling rate maksimum 50 kHz per kanal jika

menggunakan MAX 158 dan 100 kHz jika menggunakan MAX 154

sehingga frekuensi 20 kHz masih bisa dimasukkan ke ADC ini .