P a g e | 1

MAKALAH

ANALOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC)

Oleh :

Albara Imamudin Arizona

TT 2B - 05

TEKNIK TELEKOMUNIKASI

POLITEKNIK NEGERI MALANG

2016

P a g e | 2

Contents 1. PENGERTIAN ADC ............................................................................................................................................................. 3

1.1 Kecepatan Sampling ADC .................................................................................................................................... 3

1.2 Resolusi ADC ............................................................................................................................................................... 3

2. CARA KERJA ADC ............................................................................................................................................................... 3

3. JENIS ADC................................................................................................................................................................................ 4

3.1 Flash ADC ...................................................................................................................................................................... 4

3.2 Successive approximation ADC ....................................................................................................................... 7

3.3 Digital Ramp ADC..................................................................................................................................................... 8

P a g e | 3

1. PENGERTIAN ADC

Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode – kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan / berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer).

ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi.

1.1Kecepatan Sampling ADC

Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan “seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu”. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).

Ilustrasi Kecepatan Sampling ADC

1.2Resolusi ADC

Resolusi ADC menentukan “ketelitian nilai hasil konversi ADC”. Sebagai contoh: ADC 8

bit akan memiliki output 8 bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255

(2n – 1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini berarti sinyal input

dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12 bit akan memberikan

ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8 bit.

2. CARA KERJA ADC

Secara singkat prinsip kerja dari konverter A/D adalah semua bit-bit diset kemudian

diuji, dan bilamana perlu sesuai dengan kondisi yang telah ditentukan. Dengan rangkaian yang

paling cepat, konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock, dan keluaran D/A merupakan nilai

analog yang ekivalen dengan nilai registerSAR.

Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali mengirim sinyal selesai

konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan menghasilkan data digital yang

ekivalen ke dalam register buffer. Dengan demikian, keluaran digital akan tetap tersimpan

sekalipun akan di mulai siklus konversi yang baru.

IC ADC 0804 mempunyai dua masukan analog, Vin (+) dan Vin (-), sehingga dapat

menerima masukan diferensial. Masukan analog sebenarnya (Vin) sama dengan selisih antara

tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin masukan yaitu Vin= Vin (+) – Vin (-).

P a g e | 4

Kalau masukan analog berupa tegangan tunggal, tegangan ini harus dihubungkan dengan Vin

(+), sedangkan Vin (-) digroundkan. Untuk operasi normal, ADC 0804 menggunakan Vcc = +5

Volt sebagai tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan masukan analog mulai dari 0 Volt

sampai 5 Volt (skala penuh), karena IC ini adalah SAC 8-bit, resolusinya akan sama dengan

(n menyatakan jumlah bit keluaran biner IC analog to digital converter) IC ADC 0804

memiliki generator clock intenal yang harus diaktifkan dengan menghubungkan sebuah

resistor eksternal (R) antara pin CLK OUT dan CLK IN serta sebuah kapasitor eksternal (C)

antara CLK IN dan ground digital. Frekuensi clock yang diperoleh di pin CLK OUT sama dengan

:

Untuk sinyal clock ini dapat juga digunakan sinyal eksternal yang dihubungkan ke pin

CLK IN. ADC 0804 memilik 8 keluaran digital sehingga dapat langsung dihubungkan dengan

saluran data mikrokomputer. Masukan (chip select, aktif rendah) digunakan untuk

mengaktifkan ADC 0804. Jika berlogika tinggi, ADC 0804 tidak aktif (disable) dan semua

keluaranberada dalam keadaan impedansi tinggi. Masukan (write atau start convertion)

digunakan untuk memulai proses konversi. Untuk itu harus diberi pulsa logika 0. Sedangkan

keluaran (interrupt atauend of convertion) menyatakan akhir konversi. Pada saat dimulai

konversi, akan berubah ke logika 1. Di akhir konversi akan kembali ke logika 0.

3. JENIS ADC

3.1 Flash ADC

Flash ADC juga dikenal sebagai parallel A/D Converter sebagai rangkaian ADC yang

paling mudah dipelajari. Dibentuk dari sekumpulan komparator yang membandingkan sinyal

input dengan tegangan referensi menggunakan op-amp. Resistor yang digunakan disini harus

menggunakan resistor bertoleransi tinggi agar lebih akurat. Keluaran output dihubungkan ke

input dari sebuah priority encoder, yang akan menghasilkan output biner. Gambar 7.2. adalah

contoh rangkaian Flash ADC 3 bit.

P a g e | 5

Gambar 7.2 Rangkaian flash ADC 3 bit

Prinsip kerja rangkaian flash ADC 3 bit,Vref adalah tegangan stabil yang disediakan oleh

regulator tegangan presisi sebagai bagian dari rangkaian converter. Jika input analog melebihi

tegangan referensi, output komparator akan menghasilkan kondisi tinggi secara beruntun.

Sedangkan priority encoder akan menghasilkan kondisi tinggi secara beruntun. Priority

encoder akan membangkitkan bilangan biner berdasarkan input yang diterima.

Rangkaian ADCideal secara unik dapat mereprestasikan seluruh rentang masukan

analog tertentu dengan sejumlah kode keluaran digital. Kenyataannya karena sinyal analog

besifat kontinu sedangkan sinyal digital bersifat diskrit, maka ada proses kuantisasi yang

menimbulkan kekeliruan. Apabila jumlah sinyal diskritnya (yang mewakili rentang masukan

analog) ditambah, maka lebar undak (step width) akan semakin kecil dan fungsi transfer akan

mendekati garis lurus ideal.

Lebar satu undak (step) didefinisikan sebagai satu LSB (Least Significant Bit) dan unit

ini digunakan sebagai unit rujukan konversi. Satu unit LSB itu juga digunakan untuk mengukur

resolusi konverter karena dapat menggambarkan jumlah bagian atau unit dalam ren tang

analog penuh. Gambar 7.3. menunjuk proses konversi rangkaian flash ADC.

P a g e | 6

Gambar 7.3. Proses konversi rangkaianflash ADC.

Resolusi ADC selalu dinyatakan sebagai jumlah bit dalam sinyal keluaran digitalnya.

Misalnya, ADC dengan resolusi n-bit memiliki 2n tingkat undak (step level). Meskipun

demikian, karena undak pertama dan undak terakhir hanya setengah dari lebar penuh, maka

rentang skala penuh (FSR,

Full Scale Range) dibagi dalam (2n-1) lebar undak.

P a g e | 7

3.2 Successive approximation ADC

Rangkaian menggunakan successive approximation ADC proses konversinya

menggunakan rangkaian counter yang dikenal sebagai successive-approximation register,

yaitu melalui pendekatan berturut-turut untuk mencari nilai yang paling tepat. Disamping

menghitung naik deretan data biner, register ini menghitung seluruh nilai bit dimulai dari MSB

dan diakhiri LSB.Gambar 7.4. menunjuk contoh rangkaian successive approximation ADC.

Gambar 7.4. Contoh rangkaian successive approximation ADC.

Selama proses perhitungan, register akan memonitor output komparator untuk melihat

jika hitungan biner kurang atau lebih besar dari input sinyal analog. Perlu diingat bahwa SAR

dapat mengeluarkan bilangan biner dalam format serial, sehingga dapat meniadakan

penggunaan shift register. Jika diplot, cara kerja SAR dapat digambarkan seperti Gambar 7.5.

P a g e | 8

Gambar 7.5 Proses konversi rangkaian SAR ADC.

3.3Digital Ramp ADC

Digital Ramp ADC merupakan jenis ADC [Analog to Digital Converter] yang bekerja

berdasarkan prinsip kerja counter.

input signal analog dibandingkan dengan input lain pada komparator digital.

output dari komparator digital diumpankan ke LOAD counter dan ke EDGE TRIGGER

NEGATIVE latches.

output dari counter diumpankan ke input DAC [DAC yang digunakan adalah jenis Binary

Weight Resistor] juga diumpankan ke input Latches.

Output dari DAC diumpankan ke input negative komparator.

penjelasan mengenai komparator digital, counter, latches, dan DAC akan dijelaskan dengan

penggunaan ADC pada aplikasi high temperature thermometer.

P a g e | 9

Komparator Digital [digital comparator] adalah komparator khusus yang hanya

memiliki 2 kondisi output. dua kondisi yang dimaksud adalah logik 1 atau nol.

Logik 1 berarti tegangan keluaran komparator berkisar 5 volt.

Logik 0 berarti tegangan keluaran komparator berkisar 0 volt.

output komparator akan berlogik 1 jika hanya tegangan pada input positive komparator

lebih besar dari tegangan input negative komparator.

output komparator akan berlogik 0 jika tegangan pada input positive = tegangan pada input

negative, atau tegangan input negative lebih besar dari tegangan input positive.

input output

+V > -V logik 1 [5 volt]

+V = -V logik 0 [0 volt]

+V < -V logik 0 [0 volt]

counter adalah komponen yang melakukan pencacahan / penghitungan. counter yang

digunakan yaitu counter dengan LOAD. input dari counter di groundkan [diberi tegangan 0

volt], clock diberi pulsa [pulsa maksimum yang diperbolehkan adalah 50MHz]. LOAD

dihubungkan ke output komparator. ketika LOAD logik 1, maka counter melakukan

penghitungan dari mulai 0. ketika LOAD berlogik 0, maka counter menghentikan

penghitungan. DAC [jenis binary weight resistor] adalah pengkonversi signal digital menjadi

analog dengan menggunakan beberapa resistor [tergantung jumlah bit yang akan dikonversi].

misalkan input DAC 0010, tegangan referensi DAC = 5 V, maka tegangan output [signal

analognya] adalah NILAI DESIMAL DARI BINER dibagi DUA PANGKAT n-1 dikali TEGANGAN

REFERENSI. jadi Vout = [2/2^3] x 5 = 2.5 volt. tegangan maksimum dari DAC ini adalah 9.375

volt. Latches adalah bagian yang menahan sementara data dari counter untuk selanjutnya

diproses untuk dimunculkan pada display [7 segment atau LCD]. latches bekerja berdasarkan

prinsip bistable multivibrator, yaitu multivibrator yang memiliki kondisi 2 kondisi output

yaitu 0 dan 1. data dari counter akan ditahan oleh latches, ketika EDGE TRIGGER NEGATIVE

dari latches mendapat transisi turun [perubahan dari logik 1 ke logik 0], maka latches akan

melanjutkan data dari counter ke display.