ANALOG TO DIGITAL CONVERTER

Analog to Digital Converter (ADC) adalah suatu perangkat pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. ADC biasanya tersedia dalam bentuk IC dengan 8, 10, 12, atau 16 bit. Kecepatan kerja ADC dinyatakan dalam sample per detik (SPS). ADC mempunyai resolusi atau ketelitian yaitu :

Dimana Vref = Tegangan referensi, dan 

n = jumlah bit ADC.

ADC terdiri dari beberapa jenis, yaitu :

1.        Flash

2.        Successive Approximation Register (SAR)

3.        Resistor Ladder

4.        Ramp

5.        Dual Slope

Kali ini saya hanya akan membahas ADC jenis flash dan SAR saja, karena menurut saya, itulah yang paling mudah dipelajari.

ADC Flash

Sebelum mempelajari ADC jenis flash, saya akan membahas sedikit tentang komparator dan priority encoder.

Komparator terdiri dari input positif, negatif dan sebuah output. Komparator akan membandingkan nilai yang masuk ke dalam input positif dan negatif. Jika Vin (+) > Vin (-), maka output komparator = 1. Dan sebaliknya, jika Vin (+) < Vin (-), maka output komparator = 0.

Encoder adalah rangkaian atau sebuah sistem yang mengubah banyak input menjadi sedikit output berupa bilangan biner.

Pada priority encoder, akan dipilih bit tertinggi yang bernilai 1, lalu dijadikan output biner. Misalkan D0-D3 = 1, D4-D7 = 0. Maka input yang dipilih oleh priority encoder adalah bit ke 3, karena bit yang bernilai tinggi ada pada D0-D3, dan diantara D0-D3, D3 lah yang merupakan MSB nya. Lalu output Q akan menunjukkan angka 3 dalam bilangan biner, karena yang terpilih adalah D3.

ADC jenis flash ini merupakan ADC yang prosesnya paling cepat dibanding ADC jenis lain. Tetapi ADC jenis flash ini membutuhkan lebih banyak komponen, contohnya ADC jenis flash 8 bit membutuhkan komparator sebanyak 255.

Gambar berikut ini merupakan blok diagram ADC jenis flash dengan 2 bit :

Sumber : http://www.rfwireless-world.com/Terminology/Difference-between-ADC-types.html

Prinsip kerja :

1.        Vref merupakan tegangan referensi. Semakin tinggi Vref, maka ADC dapat mengkonversi nilai analog yang semakin besar. Semakin rendah Vref, maka ADC dapat mengkonversi nilai analog yang semakin kecil.

2.        Tegangan input yang masuk ke Vin (+) komparator dibandingkan dengan nilai pada setiap pembagi tegangan yang menjadi masukkan Vin (-) pada komparator.

3.        Jika Vin (+) > Vin (-) komparator, maka output komparator = 1.

4.        Jika Vin (+) < Vin (-) komparator, maka output komparator = 0.

5.        Output masing-masing komparator masuk ke input priority encoder. Encoder ini akan memilih bit tertinggi yang bernilai satu dari output komparator. Bit ini kemudian menjadi sebuah bilangan biner pada output encoder.

ADC Successive Approximation Register (SAR)

ADC jenis SAR memang tidak secepat flash dalam hal kecepatan konversi, namun ADC SAR hanya membutuhkan sedikit komponen. Berikut blok diagram ADC SAR :

Sumber : http://elektronika-dasar.web.id/jenis-adc-analog-to-digital-convertion/

Cara kerjanya yaitu :

Kita ambil contoh Vref = 10 V, Vin (+) = 6 V.

Mula-mula SAR menset MSB = 1 dan bit lain = 0, yang kemudian menjadi input Digital to Analog (D/A) Converter. Dan Vx1 = 10 x  128/256 = 5 V, karena kita menggunakan 8 bit DAC, maka 2^8 = 256. Angka 128 didapat dari nilai awal SAR, yaitu 10000000, angka 1 MSB berarti 2^7 = 128. Vx ini lalu menjadi Vin (-) untuk komparaotr. Jika Vin (+) > Vx, maka biner SAR akan tetap 10000000, jika Vin (+) < Vx, maka MSB SAR reset menjadi 00000000.  

Pada contoh ini berarti Vin (+) > Vx. Jadi binernya tetap 10000000.

Vx2 = Vx1 + 10 x 64/256 = 5 + 2,5 = 7,5 V. Vin (+) < Vx2. Biner = 10000000. 

Vx3 = Vx1 + 10 x 32/256 = 5 + 1,125 = 6,125 V. Vin (+) < Vx. Biner = 10000000. Disini mungkin anda bingung mengapa persamaannya tetap menggunakan Vx1. Ini karena biner Vx2 sebelumnya berlogik 0. Seandainya berlogik 1, barulah digunakan Vx2.

Vx4 = Vx3 + 10 x 16/256 = 5 + 0,625 = 5,625. Vin (+) > Vx. Biner = 10010000.

Perhitungan ini berlanjut hingga Vx8 = Vx? + 10 x 1/256. Hasil digitalnya dapat dilihat dari biner yang didapat dari perhitungan tadi, setelah dihitung yaitu 10011001. Ini berarti biner 10011001 menunjukkan nilai analog sebesar 6 Volt.

Saya mohon maaf, mungkin dalam penjelasan ini terdapat beberapa kesalahan yang saya tidak tau. Saya juga masih dalam proses belajar tentang ADC ini. Mohon koreksinya jika pembaca menemukan kesalahan.