tujuan : setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan ...€¦ · 8 dac - adc tujuan : setelah...

DAC - ADC8

TUJUAN :Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan mampu :

Menjelaskan pengertian dasar dari DAC dan ADC secara prinsipMenjelaskan rangkaian dasar DAC dengan menggunakan Op-Amp.Menjelaskan operasi DAC jenis Binary Weigh Resistor dan DAC jenisR-2R Ladder.Merancang dan mendesain rangkaian DAC jenis Binary Weigh Resistor dan DAC jenis R-2R Ladder.Menjelaskan operasi ADC dengan Counter Ramp serta ADC menggunakanSARMerancang dan mendesain rangkaian ADC jenis Counter Ramp danADC jenis SAR.

A/D – D/A CONVERTERA/D CONVERTER : MENGKONVERSI TEGANGAN ANALOG

MENJADI DIGITAL

D/A CONVERTER : MENGKONVERSI INPUT DIGITAL MENJADI OUTPUT ANALOG

RANGK.A/D

CONVERTER

INPUT

ANALOG

OUTPUT

DIGITAL

RANGK.D/A

CONVERTER

INPUT

DIGITAL

OUTPUT

ANALOG

BESARAN DIGITAL DAN ANALOG

REPRESENTASI ANALOG

RepresentationTime (ms) analog digital

123456789101112

3591013141311101085

001101011001101011011110110110111010101010000101

REPRESENTASI DIGITAL

OP-AMP (OPERATIONAL AMPLIFIER)HAMPIR SEMUA RANGKAIAN A/D – D/A CONVERTER MENGGUNAKAN OP-AMP

ADA TIGA KARAKTERISTIK YANG DIMILIKI OP-AMP HINGGA BERFUNGSI SEBAGAI AMPLIFIER IDEAL :

1. IMPEDANSI INPUT YANG TINGGI2. MEMPUNYAI PENGUATAN TEGANGAN YANG TINGGI3. IMPEDANSI KELUARAN YANG RENDAH

RANGKAIAN OPERATIONAL AMPLIFIER

Dasar Operasi Op-Amp

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

DIGITAL TO ANALOG CONVERTER

D A C

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

Vout

20K100K50K25K12,5K

5 Volt

D0D1D2D3

BINARY WEIGHT D/A CONVERTER

TABEL KEBENARAN

Pada DAC Jenis Binary Weight Resistor, pemasangannilai 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 untukmendapatkan Vout yang linier ( kenaikan per stepnya tetap).

Rin dicari dengan mem-parallel nilai- nilai resistor yang adaPada masing-masing input (D), bila input yang masuk lebihdari 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 kalauNilai R = 10k, maka 2R nya dipasang 20 k.

Pemasangan nilai Resistor yang seperti itu adalah untukmendapatkan 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)

Analog To Digital Converter dibutuhkanapabila akan diproses sinyal-sinyal analog.Misal:

Dari fenomena alam = suara, cahaya, suhu, dll,(degan bantuan sensor /transduser supayakeluar tegangan).

ANALOG TO DIGITAL CONVERTER

A D C

RANGKAIAN DASAR ANALOG TO DIGITAL (A D C) ada 2 Jenis :

1. ADC Jenis Counter Ramp

2. ADC Jenis SAR (Succesive Aproximation Register)

Output digital

8 – BITcounter

8 BIT D/Aconverter

D0 Q0

LatchD-FF

D7 Q7CP

clock

+-

1. ADC Dengan Counter – Ramp A/D Konverter

+15VStart Converter

VReF

End of convertion

A

B

IN

Comparator membandingkan antarategangan masukkan analog dengantegangan D/A Converter, apabila teganganmasukkan yang akan dikonversi belumsama dengan tegangan keluaran dari D/A converter maka keluaran comparator =“1”(A>B) sehingga clock dapatmemberikan masukkan counter danhitungan counter naik. Bila diperolehmasukan 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.

Cp

Outputregister

(OctalD F-F)

8-Bit D/Aconverter (DAC)

Successive-approximationregister (SAR)

MSB LSB

Clock oscillator

Analog Vin +

-

Vout

Q7

Q6

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

Q0

Vref = 10 V

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

STRT(start conversion)

‘’’’’’’

DR (data ready,end-of-conversion)

Metode SAR ini lebih cepat, yakni dengan memakaikonfigurasi, mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 =»1000 0000, Apabila belum sama (Kurang dari tegangananalog input )maka bit MSB berikutnya =1=» 1100 0000 Apabila tegangan analog innput ternyata lebih kecil daritegangan yang dihasilkan DAC maka langkah berikutnyamenurunkan 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 VoltD6=1 Vout=2,5 VoltD5=1 Vout=1,25 VoltD4=1 Vout=0,625 Volt: : :D0=1 Vout=0,0390625

Setelah diberi sinyal start maka konversi dimulaidengan memberikan kombinasi 1000 0000, ternyatamenghasilkan tegangan 5 Volt, berarti masih kurangdari tegangan input 6,84 Volt. Kombinasi mejadi 1100 0000 sehinga tegangan Vout = 7,5 Volt dan ternyatalebih besar dari 6,84 Volt sehingga kombinasi menjadi1010 0000 =» Tegangan = 6,25 Volt, masih kurangsehingga kombinasi naik lagi 1011 0000 demikianseterusnya hingga mencapai tegangan 6,8359 Volt.

Analog to digital converter dalam bentuk IC chip A/D Converter yang banyak digunakan serta tersedia dipasaran adalah jenis :

ADC 0808 dibuat dengan teknologi CMOSADC 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

5 6 7 8 9 10 11

A1

4

2

13

16COMPEN

VCC

Gnd

bias currentR-2R ladder

current switches

reverence current

amplifier15

14

Vref (+)

Vref (-)

3

VEE

NPN current source pair

12

A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

IO

(a)

MSB LSB

Blok diagram MC 1408

16

9

4 13

10

3

2

12

11

14

15

8

7

6

5

1nc

Gnd

VEE

I0

A1

A2

A3

A4

Compen

Vref (-)

Vref (+)

VCC

A8 (LSB)

A7

A6

A5

TOP VIEW

(MSB)

(b)

Konfigurasi Pin-pin MC 1408

MC 1408

5 Kohm

5 Kohm

5 Kohm

13

VCC

Analok vout =0 to+10v

=Vref x(A1/2+A2/4+...+AN/2N)

=0V to 9.96v

-15

3

VEE

DIGITALinputs

5

(MSB)

6

7

8

9

10

11

12

2

14

15

4

16

270 pF

741

741

RF

(C)

+5 V

IOUT

Aplikasi tipikal MC 1408

Test rangkaian untuk DAC dapat digunakan sebuahOscillator dan Counter 8-bit untuk mendrive pada input DAC, sedangkan untuk melihat Outputnya dapat dilihatdengan menggunakan Oscilloscope seperti gambardibawah.

Tes Rangkaian untuk Aplikasi DAC

Rangkaian Tes DAC

3-Bit parallel encoder ADC menggunakan 74148

Ketika Vin adalah 0Volt, + input semua comparator adalahHigh Dan output semua comparator adalah “High”, dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan outputdari 74148 adalah 000).

Ketika Vin adalah 1Volt, output comparator1 adalah“Low” dan comparator yang lain adalah “High”, dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan outputdari 74148 adalah 110).

Ketika Vin adalah 2Volt, output comparator2 adalah“Low” dan comparator yang lain adalah “High”, dan diteruskan( dimasukkan sebagai Input 74148 dan outputdari 74148 adalah 101), dan seterusnya.

IC ADC Converter NE 5034 dan ADC 0801merupakan IC ADC 8 bit

yang populer dan tidak begitu mahal

11

NE5034

I IN

I

CC

CC

STRT

CLK

+V

REF

-V

IN

ANALOG GND

DIGITAL GND

DR

TOP VIEW

OE

DB7

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1

DBO (LSB) 18

17

16

15

14

13

12

11

9

8

7

6

5

4

3

2

10

1

I

IIN

(LSB)DBO

(MSB)DB 7OESTRTCLK

8

INREF -+ VCCCCV

AN GND

DATA READY

DIG GND

AN GND

COMP

CLOCKINT

OUTPUT BUFFER

8-BIT DAC

SAR

-

++

-

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