8
DAC - ADC
TUJUAN : Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan mampu : ¾ Menjelaskan pengertian dasar dari DAC dan ADC secara prinsip
¾ Menjelaskan rangkaian dasar DAC dengan menggunakan Op-Amp. ¾ Menjelaskan operasi DAC jenis Binary Weigh Resistor dan DAC jenis R-2R Ladder.
¾ Merancang dan mendesain rangkaian DAC jenis Binary Weigh Resistor dan DAC jenis R-2R Ladder.
¾ Menjelaskan operasi ADC dengan Counter Ramp serta ADC menggunakan SAR ¾ Merancang dan mendesain rangkaian ADC jenis Counter Ramp dan ADC jenis SAR.
A/D – D/A CONVERTER ¾ A/D CONVERTER
INPUT ANALOG
¾ D/A CONVERTER
INPUT DIGITAL
: MENGKONVERSI TEGANGAN ANALOG MENJADI DIGITAL
RANGK. A/D CONVER TER
OUTPUT DIGITAL
: MENGKONVERSI INPUT DIGITAL MENJADI OUTPUT ANALOG
RANGK. D/A CONVER TER
OUTPUT ANALOG
BESARAN DIGITAL DAN ANALOG
REPRESENTASI ANALOG
Time (ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Representation analog digital 3 5 9 10 13 14 13 11 10 10 8 5
REPRESENTASI DIGITAL
0011 0101 1001 1010 1101 1110 1101 1011 1010 1010 1000 0101
OP-AMP (OPERATIONAL AMPLIFIER) ¾ HAMPIR SEMUA RANGKAIAN A/D – D/A CONVERTER MENGGUNAKAN OP-AMP ¾ ADA TIGA KARAKTERISTIK YANG DIMILIKI OP-AMP HINGGA BERFUNGSI SEBAGAI AMPLIFIER IDEAL : 1. IMPEDANSI INPUT YANG TINGGI 2. MEMPUNYAI PENGUATAN TEGANGAN YANG TINGGI 3. IMPEDANSI KELUARAN YANG RENDAH
RANGKAIAN OPERATIONAL AMPLIFIER
Dasar Operasi Op-Amp
DAC DIGITAL TO ANALOG CONVERTER RANGKAIAN DIGITAL TO ANALOG DAPAT DIBANGUN DENGAN MUDAH MENGGUNAKAN OP- AMP YANG DIBERI MASUKAN DENGAN MENGATUR SWITCH-SWITCH YANG MEWAKILI BESARAN DIGITAL. NILAI BERLOGIC “1” JIKA SWITCH DIHUBUNGKAN DENGAN SUPPLY 5 VOLT DAN LOGIC “0” BILA DIHUBUNGKAN DENGAN GROUND/DILEPAS RANGKAIAN DASAR DIGITAL TO ANALOG (D A C) ada 2 Jenis : 1. DAC Jenis Binary Weigh Resistor 2. DAC Jenis R-2R LADDER
1. D A C Jenis BINARY WEIGHT RESISTOR
5 Volt
12,5K
D3
D2
D1
25K
50K 100K
D0 20K
Vout
BINARY WEIGHT D/A CONVERTER
TABEL KEBENARAN
Pada DAC Jenis Binary Weight Resistor, pemasangan nilai Resistor pada input-input Do, D1, D2,… adalah sebagai berikut : nilai R yang ada di D1 adalah ½ dari nilai yang ada di Do, nilai R yang ada di D2 adalah ½ dari nilai yang ada di D1( atau 1/4 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 mem-parallel nilai- nilai resistor yang ada Pada masing-masing input (D), bila input yang masuk lebih dari satu.
2. D A C Jenis R-2R LADDER
D A C R-2R LADDER
Analog Output Versus Digital Input
Pada DAC Jenis R-2R Ladder Pemasangan nilai Resistor pada input-input nya adalah R- 2R, jadi kalau Nilai R = 10k, maka 2R nya dipasang 20 k. Pemasangan nilai Resistor yang seperti itu adalah untuk mendapatkan Vout yang linier ( kenaikan per stepnya tetap).
Langkah – langkah Mencari Vout
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=0, D3=1
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=0, D3=0
10 kOhm
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=1, D3=0
Rangk. R/2R untuk D0=0, D1=0, D2=1, D3=0 (Thevenin)
ADC ANALOG TO DIGITAL CONVERTER Analog To Digital Converter dibutuhkan apabila akan diproses sinyal-sinyal analog. Misal: Dari fenomena alam = suara, cahaya, suhu, dll,(degan bantuan sensor /transduser supaya keluar tegangan). RANGKAIAN DASAR ANALOG TO DIGITAL (A D C) ada 2 Jenis : 1. ADC Jenis Counter Ramp 2. ADC Jenis SAR (Succesive Aproximation Register)
A
1. ADC Dengan Counter – Ramp A/D Konverter
+15V
clock 8 – BIT counter
IN + B
Start Converter
D0
End of convertion
Q0 Latch D-FF
D7
Q7 CP
8 BIT D/A converter
VReF
Output digital
Comparator membandingkan antara tegangan masukkan analog dengan tegangan D/A Converter, apabila tegangan masukkan yang akan dikonversi belum sama dengan tegangan keluaran dari D/A converter maka keluaran comparator =“1”(A>B) sehingga clock dapat memberikan masukkan counter dan hitungan counter naik. Bila diperoleh masukan A = B maka output comparator 0, dan clock berhenti, dan inilah nilai digit-digit yang dibaca oleh ADC.
2. ADC Dengan Metode SAR A/D converter
Analog Vin
.
+ -
Clock oscillator
Successive-approximation register (SAR) MSB
STRT (start conversion)
D7
LSB D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
‘ ’ ’ ’ ’ ’ ’
DR (data ready, end-of-conversion)
Q7 Cp Output register
Q6 Q5 Q4 Q3
(Octal D F-F)
Q2 Q1 Q0
Vref = 10 V
Vout
8-Bit D/A converter (DAC)
Metode SAR ini lebih cepat, yakni dengan memakai konfigurasi, mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 =» 1000 0000, Apabila belum sama (Kurang dari tegangan analog input )maka bit MSB berikutnya =1=» 1100 0000 Apabila tegangan analog innput ternyata lebih kecil dari tegangan yang dihasilkan DAC maka langkah berikutnya menurunkan kombinasi bit =» 1010 0000 (dst). MIsal =Diberi tegangan analog input sebesar 6,84 Volt dan Tegangan Ref ADC sebesar 10 Volt Sehingga : Jika D7=1 Vout=5 Volt D6=1 Vout=2,5 Volt D5=1 Vout=1,25 Volt D4=1 Vout=0,625 Volt : : : D0=1 Vout=0,0390625
Setelah diberi sinyal start maka konversi dimulai dengan memberikan kombinasi 1000 0000, ternyata menghasilkan tegangan 5 Volt, berarti masih kurang dari tegangan input 6,84 Volt. Kombinasi mejadi 1100 0000 sehinga tegangan Vout = 7,5 Volt dan ternyata lebih besar dari 6,84 Volt sehingga kombinasi menjadi 1010 0000 =» Tegangan = 6,25 Volt, masih kurang sehingga kombinasi naik lagi 1011 0000 demikian seterusnya hingga mencapai tegangan 6,8359 Volt. Analog to digital converter dalam bentuk IC chip A/D Converter yang banyak digunakan serta tersedia di pasaran adalah jenis : ADC 0808 dibuat dengan teknologi CMOS ADC 0809
Timing diagram untuk ADC jenis SAR
IC DAC Converter MC 1408 merupakan IC DAC 8 bit yang populer dan tidak begitu mahal ekivalensi dengan DAC 0808
MSB
LSB A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 5
6
7 8
9
10 11
12 IO
current switches 4
2
bias current
R-2R ladder
Gnd
Vref (+) 13
14
VCC reverence current amplifier
15
Vref (-) 16 COMPEN
VEE 3 NPN current source pair (a)
Blok diagram MC 1408
1
16 Compen
2
15 Vref(-)
VEE
3
14 Vref (+)
I0
4
13 VCC
A1
5
12
A8 (LSB)
6
11
A7
nc Gnd
(MSB)
A2
A3 7
10 A6
A4 8
9
A5
TOP VIEW
(b)
Konfigurasi Pin-pin MC 1408
+5 V (MSB)
13 5
14
VCC
5 Kohm 6
15
5 Kohm 7
8
9
MC 1408 DIGITAL inputs
10 RF 11
5 Kohm 741
12
4 IOUT
2
741 16
Analok vout =0 to+10v
VEE 3
270 pF
=Vref x(A1/2+A2/4+...+AN/2N) =0V to 9.96v
-15 (C)
Aplikasi tipikal MC 1408
Tes Rangkaian untuk Aplikasi DAC
Test rangkaian untuk DAC dapat digunakan sebuah Oscillator dan Counter 8-bit untuk mendrive pada input DAC, sedangkan untuk melihat Outputnya dapat dilihat dengan menggunakan Oscilloscope seperti gambar dibawah.
Rangkaian Tes DAC
3-Bit parallel encoder ADC menggunakan 74148
Ketika Vin adalah 0Volt, + input semua comparator adalah High Dan output semua comparator adalah “High”, dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan output dari 74148 adalah 000). Ketika Vin adalah 1Volt, output comparator1 adalah “Low” dan comparator yang lain adalah “High”, dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan output dari 74148 adalah 110). Ketika Vin adalah 2Volt, output comparator2 adalah “Low” dan comparator yang lain adalah “High”, dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan output dari 74148 adalah 101), dan seterusnya.
IC ADC Converter NE 5034 dan ADC 0801 merupakan IC ADC 8 bit yang populer dan tidak begitu mahal
IREFIN
-VCC
+VCC
I IN
8-BIT DAC
-
NE5034
COMP DBO (LSB) 1
+ + AN GND INT CLOCK
AN GND
SAR
8 DIG GND OUTPUT BUFFER
18 DR
DB1 2
17 DIGITAL GND
DB2 3
16 ANALOG GND
DB3 4
15 I IN
DB4 5 DB5 6
14 -VCC 13 I REF IN
DB6 7
12 +V CC
DB7 8
11 CLK
OE 9
10 STRT
DATA READY TOP VIEW CLK
STRT
OE DB 7 (MSB)
DBO (LSB)
11
Blok Diagram NE5034 dan pin konfigurasi
IC ADC 0801
Blok Diagram IC 0801
PIN Konfigurasi ADC 0801
ADC 0801 Konversi menggunakan LED
ADC 0804 Konversi menggunakan LED
Contoh Blok diagram Sistem Data Akusisi, yang berbasis Mikroprosesor / Mikrokontroller
