MAKALAH
“ANALOG-DIGITAL CONVERTER DAN DIGITAL-ANALOG
CONVERTER” Disusun untuk melengkapi Tugas Elektronika kelas A Jurusan Teknik Fisika - Fakultas Teknologi Industri - ITS
Disusun oleh : 1. Dionisius A. K. 2412 100 106
Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
i
ABSTRAK
ADC dan DAC memegang peranan penting dalam pemprosesan sinyal. ADC adalah suatu perangkat yang mengubah suatu data kontinu terhadap waktu (analog) menjadi suatu data diskrit terhadap waktu (digital). Sedangkan DAC sebaliknya. Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog kedalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Ada 3 proses dalam ADC yaitu: pencuplikan, pengkuantisasian, dan pengkodean. DAC pada dasarnya mengkonversi masukan (berupa bilangan biner) ke dalam suatu besaran fisik, biasanya berupa tegangan suatu tegangan listrik . Ada 2 jenis rangkaian dasar DAC yaitu: Jenis Binary Weight Resistor dan DAC Jenis R-2R LADDER.
Kata Kunci : ADC, DAC, analog, digital, biner
ii
ABSTRAK
ADC and DAC have an important function in signal processing. ADC is a device that convert a continuous data of time (analog) into a discrete data of time (digital). While the DAC instead. The working principle is the ADC converts the analog signal into a form which is the ratio of the amount of input signal and reference voltage. There are 3 processes in the ADC are: sampling, quantization, and encoding. DAC basically converts the input (in the form of a binary number) into a physical quantity, usually in the form of volta ge is an electrical voltage. There are 2 basic types of DAC circuit are: Type Binary Weight Resistor and DAC Type R-2R LADDER.
Kata Kunci : ADC, DAC, analog, digital, binary
iii
KATA PENGANTAR
Segala Puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta hidayahnya kepada kita semua, dan tak lupa sholawat serta salam tetap tercurah limpahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW, terimakasih atas segala partisipasi dari bapak/ibu dosen dan teman yang telah mendukung tim penulis untuk menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Analog-Digital Converter dan Digital-Analog Converter”, semoga dengan adanya makalah ini dapat membantu dalam pengembangan pengetahuan pembaca akan berbagai informasi yang terkait hubungannya dengan pengertian, prinsip kerja dan jenis-jenisnya dari ADC dan DAC. Hormat Kami,
Tim Penulis
iv
DAFTAR ISI ABSTRAK.................................................................................................................................. i KATA PENGANTAR ............................................................................................................. iii DAFTAR ISI ........................................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ v DAFTAR TABEL ................................................................................................................... vi BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ................................................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah........................................................................................................... 1 1.3 Tujuan ............................................................................................................................. 1 1.4 Sistematika Laporan ....................................................................................................... 2 BAB II DASAR TEORI ........................................................................................................... 3 2.1 Analog-Digital Converter (ADC) ................................................................................. 3 2.2 Digital-Analog Converter (DAC) ................................................................................. 5 BAB III PENUTUP .................................................................................................................. 9 3.1 Kesimpulan ................................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA
v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses ADC berupa pencuplikan……………………………………………........4 Gambar 2.2 Proses ADC berupa pengkuantisasian ................................................................... 4 Gambar 2.3 Proses ADC berupa pengkodean…………………………………………………5
Gambar 2.4 Binary Weight D/A Converter ............................................................................... 6 Gambar 2.5 DAC R-2R LADDER ............................................................................................ 7
vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel kebenaran jenis Binary Weight Resistor ......................................................... 6 Tabel 2.2 Tabel kebenaran jenis R-2R LADDER……………………………………………..7
vii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ADC/DAC memegang peranan penting dalam pemprosesan sinyal. Tanpa ADC/DAC, tidak akan ada sistem telekomunikasi atau sistem kontrol pada pengukuran. Hal ini disebabkan karena ketiadaan ADC/DAC berarti tidak akan ada sinyal analog(seperti suara, gambar, suhu, tekanan, intensitas cahaya atau gelombang radio) yang bisa diolah oleh komputer atau mikroprosesor karena sinyal tidak terdigitasi, sehingga sinyal tersebut tidak dapat diproses, dikontrol apalagi ditransmisikan. Teknologi berkembang pesat karena proses digitalisasi yang semakin cepat pada mesin prosesor (misalnya komputer). Kecepatan mesin prosesor yang terus meningkat tidak berbanding lurus dengan kecepatan rangkaian penghubungnya dengan lingkungan sekita (antarmuka atau interface) sehingga riset terhadap rangkaian antarmuka yangmempunyai kecepatan dan ketelitian tinggi (high-speed precision circuit) terus dilakukan. ADC sebagai komponen penting dari proses antarmuka telah memotivasi para peneliti untuk terus mengembangkan teknik dana arsitektur ADC terbaru yang memiliki kemampuan terbaik. 1.2 Rumusan Masalah Pada makalah ADC dan DAC berikut akan mengambil masalah mengenai : 1. Apa itu ADC dan DAC? 2. Bagaimana prinsip kerja dari ADC? 3. Apa saja jenis-jenis ADC dan DAC?
1.3 Tujuan Sesuai dengan rumusan masalah, maka tujuan dari penyusunan makalah ini adalah : 1. Mengetahui pengertian dari ADC dan DAC. 2. Mengetahui prinsip kerja dari ADC. 3. Mengetahui jenis-jenis dari ADC.
1
1.4 Sistematika Laporan Laporan ini tersusun atas 4 Bab. Bab I Pendahuluan berisi Latar Belakang, Rumusan Masalah, Tujuan dan Sistematika Laporan. Bab II Dasar Teori. Bab III berisi Soal dan Pembahasan. Bab IV Penutup berisi kesimpulan.
2
BAB II DASAR TEORI 2.1 Analog-Digital Converter (ADC) ADC adalah suatu perangkat yang mengubah suatu data kontinu terhadap waktu (analog) menjadi suatu data diskrit terhadap waktu (digital). ADC banyak digunakan sebagai pengatur proses industry, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim computer 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. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan kebentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS). 2. 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. Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog kedalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi (Vref) 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentukbiner).
2.1.1 Proses di dalam ADC Ada 3 proses yang terjadi di dalam ADC, yaitu : 1. Pencuplikan Adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data 3
kontinu dalam satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada ilustrasi gambar berikut :
Gambar 2.1 Proses ADC berupa pencuplikan Semakin besar frekuensi pencuplikan, berarti semakin banyak data diskrit yang didapatkan, maka semakin cepat ADC tersebut memproes suatu data analog menjadi data digital
2. Pengkuantisasian Adalah proses pengelompokan diskrit yang didapatkan pada proses pertama
kedalam
kelompok-kelompok
data.
Kuantisasi,
dalam
matematika dan pemrosesan sinyal digital, adalah proses pemetaan nilai input seperti nilai pembulatan.
Gambar 2.2 Proses ADC berupa pengkuantisasian Semakin banyak kelompok-kelompok dalam proses kuantisasi, berarti semakin kecil selisih data diskrit yang didapatkan dari data analog, maka
4
4
semakin teliti ADC tersebut memproses suatu data analog menjadi data digital.
3. Pengkodean Adalah mengkodekan data hasil kuantisasi kedalam bentuk digital (0/1) atau dalam suatu nilai biner.
Gambar 2.3 Proses ADC berupa pengkodean Dengan: X1 = 11, X2 = 11, X3 = 10, X4 = 01, X5 = 01, X6 = 10.
Secara matematis, proses ADC dapat dinyatakan dalam persamaan: Data ADC = (Vin/Vref) x Maksimal Data Digital Dengan Vref adalah jenjang tiap kelompok dalam proses kuantisasi,kemudian maksimal data digital berkaitan proses ke-3 (peng-kode-an). Sedangkan proses ke-1 adalah seberapa cepat data ADC dihasilkan dalam satu kali proses. 2.2 Digital-Analog Converter (DAC) Dalam bidang Elektronika, DAC adalah sebuah piranti untuk mengubah sebuah masukan digital (umumnya adalah biner) menjadi sebuah sinyal analog (arus, tegangan atau muatan elektrik). DAC adalah penghubung antara rangkaian digital dengan rangkaian analog. DAC pada dasarnya 5
mengkonversi masukan (berupa bilangan biner) ke dalam suatu besaran fisik, biasanya berupa tegangan suatu tegangan listrik. Pada umumnya tegangan keluaran adalah suatu fungsi linear dari sejumlah masukan. Kebanyakan sistem menerima suatu kata digital sebagai sinyal masuk dan menterjemahkan atau mengubahnya menjadi tegangan atau arus analog. Kata digital biasanya dinyatakan dalam berbagai kode, yang paling umum adalah biner murni.
2.1.1 Rangkaian Dasar DAC Rangkaian dasar DAC ada 2 jenis : 1. DAC Jenis Binary Weight Resistor
Gambar 2.4 Binary Weight D/A Converter Pada DAC jenis ini, pemasangan nilai resistor pada inputinput D0, D1, D2,… adalah sebagai berikut : Nilai R yang ada di D1 adalah ⁄2 dari nilai yang ada di D0, nilai R yang ada di D2 adalah ⁄2 dari nilai yang ada di D1 (atau ⁄ dari R yang ada di D0) dan seterusnya.
Pemasangan nilai R yang seperti itu adalah untuk mendapatkan Vout yang linier (kenaikan per stepnya tetap) Rin dicari dengan memparallel nilai-nilai resistor yang ada pada masing-masing input (D) bila input yang masuk lebih dari satu. Tabel 2.1 Tabel kebenaran jenis Binary Weight Resistor
D3
D1
D2
D0
Vout
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
6
0
0
1
0
2
0
0
1
1
3
0
1
0
0
4
0 0
1 1
0 1
1 0
5 6
0
1
1
1
7
1
0
0
0
8
1 1
0 0
0 1
1 0
9 10
1
0
1
1
11
1
1
0
0
12
1
1
0
1
13
1
1
1
0
14
1
1
1
1
15
2. DAC Jenis R-2R LADDER
Gambar 2.5 DAC R-2R LADDER Pada DAC jenis R-2R Ladder pemasangan nilai Resistor pada inputinputnya adalah R-2R, jadi kalau nilai R = 10 k, maka 2Rnya dipasang 20 k. pemasangan nilai resistor yang seperti itu adalah untuk 7
mendapatkan Vout yang linier (kenaikan per stepnya tetap) Tabel 2.2 Tabel kebenaran jenis R-2R LADDER D3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
D1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
D2 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
8
D0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
Vout 0.000 -0.625 -1.250 -1.875 -2.500 -3.125 -3.750 -4.375 -5.000 -5.625 -6.250 -6.875 -7.500 -8.125 -8.750 -9.375
BAB III SOAL DAN PEMBAHASAN 3.1 SOAL 1. Diketahui sinyal waktu diskrit: x(n) 6,35 cos( )n 10 Tentukan jumlah bit yang diperlukan oleh A/D converter agar resolusinya: a.
= 0,1
b.
= 0,02
2. Diketahui sinyal seismik analog dengan dynamic range sebesar 1 Volt. Bila sinyal analog ini dicuplik dengan frekuensi sebesar 20 sample/s menggunakan 8-bit A/D converter, Tentukan: a. Bit rate (bps) b. Resolusi c. Frekuensi sinyal maksimum yang ada pada digital seismic signal 3. Suatu jaringan komunikasi digital akan digunakan untuk mentransmisikan sinyal analog: xa (t ) 3 cos(600t ) 2 cos(1800t ) Jaringan ini beroperasi pada 10000 bit/s dan setiap sampel dikuantisasi menjadi 1024 level tegangan yang berbeda. a.
Tentukan frekuensi pencuplikan dan frekuensi folding
b.
Tentukan frekuensi Nyquist dari sinyal analog xa(t)
c.
Tentukan frekuensi-frekuensi pada sinyal waktu diskrit x(n)
d.
Hitung resolusinya
3.2 PEMBAHASAN 1. a. x(n) maksimum pada saat: cos( )n 1 n 0 10 x(n) minimum pada saat: cos( )n 1 n 10 10 xmaks xmin xmaks xmin L 1 L 1 [6,35(1) 6,35(1)] 0,1 L 1 128 0,1 9
2b 128 b 7 bit
b.
0,02 L
[6,35(1) 6,35(1)] 1 636 0,02
2b 636 b 10 bit
8 bit 20 sample 160 bit / s sample s Dynamic range = xmaks - xmin
2. a. bps
b.
c.
3. a.
dynamic range 1000 mV 7,875 mV L 1 28 1
Fmaks
FS 20 10 Hz 2 2
1024 2b b 10 bit bps 10000 FS 1000Hz b 10 F FD S 500Hz 2
b.
xa (t ) 3 cos(2 300t ) 2 cos(2 900t ) F1 300Hz F2 900Hz FN 2 Fmaks 2 F2 2(900) 1800 Hz
c.
x(n) 3 cos(2
300 900 n) 2 cos(2 n) 1000 1000 3 cos[2 (0,3)n] 2 cos[2 (0,9)n] 3 cos[2 (0,3)n] 2 cos[2 (1 0,1)n)] 3 cos[2 (0,3)n] 2 cos[2 (0,1)n)]
f1 0,3 F1 f1FS 0,3(1000) 300Hz f 2 0,1 F2 f 2 FS 0,1(1000) 100Hz
10
BAB IV PENUTUP
3.1 Kesimpulan Kesimpulan dari penyusunan makalah ini antara lain :
1. ADC adalah suatu perangkat yan mengubah suatu data kontinu terhadap waktu (analog) menjadi suatu data diskrit terhadap waktu (digital). Sedangkan DAC sebaliknya. 2. Ada 3 proses dalam ADC yaitu: pencuplikan, pengkuantisasian, dan pengkodean. 3. Ada 2 jenis rangkaian dasar DAC yaitu: Jenis Binary Weight Resistor dan DAC Jenis R-2R LADDER.
11
DAFTAR PUSTAKA
Anonym. http://edhaa-elkaa010.blogspot.com/2012/04/makalah-sensor-adcdacdan-aplikasi.html. Diakses pada 20 April 2013 Mulyadi, Deni.Digital to Analog Converter and Analog to Digital Converter. Roverdy, Reinhard.Tugas Mata Kuliah Interfacing.BSI:2007-2008
12
