Analog To Digital Converter (ADC)

Pengantar

Salah satu komponen penting dalam sistem akuisisi data adalah pengubah besaran analog ke digital atau disebut juga ADC (Analog to Digital Converter). Pengubah ini akan mengubah besaran-besaran analog menjadi bilangan-bilangan digital sehingga bisa diproses dengan komputer. Peranan pengubah ini menjadi semakin penting karena sekarang sudah bisa didapatkan komputer-komputer yang "real time".

 Perubahan-perubahan satuan fisis bisa dengan cepat ditanggapi oleh komputer. Contoh aplikasi ADC ini bisa kita lihat misalnya pada voltmeter digital, sampling suara dengan komputer, sehingga suara dapat disimpan secara digital dalam disket, dan kamera digital. Konsep pengubah analog ke digital ini adalah sampling (mengambil contoh dalam waktu tertentu) kemudian mewakilinya dengan bilangan digital dengan batas yang sudah diberikan.

Parameter ADC

Kuantitas penting dalam ADC adalah rentang tegangan terkecil yang tidak dapat mengubah hasil konversi. Rentang tegangan ini sering disebut dengan Minimal Representable Voltage (MRV) atau LSB.

MRV = LSB = FS / 2 ⁿ.(1)

Dimana LSB menunjukkan nilai analog dari suatu Least Significant Bit (LSB), dan FS (Full Scale) adalah nilai maksimum dari tegangan referensi. Karena semua tegangan dalam jangkauan ini diwakili oleh bilangan biner yang sama, maka akan terdapat ketidakpastian konversi sebesar ± _ LSB untuk setiap pengubahan. Masalah ini dapat dikurangi dengan menambah jumlah bit pada output pengubah.

 Output maksimum suatu ADC tidak berada pada nilai FS akan tetapi pada 7/8 FS. Misalkan sebuah ADC 3 bit ideal, akan mempunyai LSB sebesar 1/8 FS. Jangkauan input akan dikuantisasikan pada delapan tingkat dari 0 sampai 7/8 kali FS. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1

Terdapat berbagai cara mengubah sinyal analog ke digital, dalam pekerjaan ini dipakai metode pendekatan berturutan atau succesive approximation. Karena ADC dengan jenis ini sudah banyak di pasaran dalam bentuk chip sehingga mempermudah pemakaian.

Metode ini didasari pada pendekatan sinyal input dengan kode biner dan kemudian berturut-turut memperbaiki pendekatan ini untuk setiap bit pada kode sampai didapatkan pendekatan yang paling baik. Untuk meyimpan kode biner pada setiap tahapan dalam proses digunakan Succesive Approximation Register (SAR).

Gambar 2a

Gambar 2b

Gambar 2c adalah diagram langkah pengubahan untuk 3 bit SA-ADC

Konversi diawali dari most significant bit (MSB) diset tinggi, ini identik dengan memperkirakan nilai input adalah FS. Komparator akan membandingkan output DAC dengan tegangan input dan memerintahkan pengendali untuk mematikan MSB jika perkiraan mula-mula ternyata lebih besar dari tegangan input.

Pada periode clock selanjutnya pengendali menyalakan MSB berikutnya, kemudian kembali membandingkan output dari DAC dengan sinyal input. Proses ini terus diulang sampai pada LSB. Setelah sampai pada tahap ini nilai konversi yang berada pada SAR adalah pendekatan yang terbaik dari sinyal input. Dalam proses ini diambil asumsi bahwa sinyal input konstan selama konversi.

Rancangan Pengubah Analog ke Digital

Sebenarnya rangkaian pengubah analog ke digital dapat dibuat dengan memakai komponen-komponen lepasan, akan tetapi ini akan memakan tempat dan kelinierannya pun tidak bagus. Karena itu dipilih pengubah dalam bentuk IC (Integrated Circuit) yang sudah ada dipasaran. Dari berbagai buku data ternyata didapatkan komponen dengan tipe ADC0804.

Komponen ini memakai metode pendekatan berturutan dan hanya memerlukan sedikit komponen luar.Rangkaian lengkap pengubah analog ke digital berdasarkan IC ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3

Sumber : elektroindonesia.com