MAKALAH TEKNIK INSTRUMENTASI

ANALOG DIGITAL CONVERTER – DIGITAL ANALOG

CONVERTER dan MODULASI

Disusun oleh:

Anggita Bayu Krisna Pambudi

1108124107

PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO

TELKOM UNIVERSITY

BANDUNG

2015

1. ANALOG DIGITAL CONVERTER

ADC atau Analog Digital Converter adalah suatu perangkat yang mengubah sinyal analog menjadi

sinyak digital atau mengubah suatu data kontinu menjadi data diskrit yang keduanya berubah terhadap

waktu. Analog To Digital Converter mengubah input analog menjadi kode digital. ADC banyak

digunakan sebagai pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/pengujian.

Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim

komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan

menggunakan sistim digital.

ADC memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu

ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang

waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).

Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. 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 ke dalam 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 (decimal) atau

10011001 (biner).

Proses yang terjadi dalam ADC diantaranya:

1. Pencuplikan

Pencuplikan adalah proses mengambil suatu nilai pasti (diskrit) dalam suatu data kontinu dalam

satu titik waktu tertentu dengan periode yang tetap. Dimana semakin besar frekuensi pencuplikan maka

semakin banyak data diskrit yang didapatkan sehingga semakin cepat ADC memproses data analog

menjadi data digital.

2. Pengkuantisasian

Pengkuantisasian adalah proses pengelompokan data diskrit yang didapatkan pada proses

pertama ke dalam kelompok-kelompok data. Dimana kuantisasi dalam matematika berarti pembulatan

nilai. Semakin banyak kelompok-kelompok dalam proses kuantisasi, maka semakin kecil selisih data

diskrit yang didapatkan dari dat analog, sehingga semakin teliti ADC memproses data analog menjadi

data digital.

3. Pengkodean

Penkodean adalah mengkodekan data hasil kuantisasi ke dalam bentuk digital atau dalam nilai

biner.

ADC yang memenuhi standar industri menurut cara pengkonversian ada tiga jenis, ADC stimulan,

ADC Counter Ramp dan ADC SAR (Successive Aproximation Register).

A. ADC Stimulan

ADC Stimulan dapat menunjukkan konversi secara lengkap pada kecepatan 100 MHz dengan

rangkaian kerja yang sederhana. Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap

konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari konverter sebelumnya, jadi untuk tegangan

masukan Vin, dengan full scale range, komparator dengan bias dibawah Vin akan mempunyai

keluaran rendah. Keluaran komparator ini tidak dalam bentuk biner murni. Suatu decoder

dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran yang biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi,

dengan waktu tunda (delay) kurang dari 6 ns banyak digunakan, karena itu dihasilkan kecepatan

konversi yang sangat tinggi. Jumlah komparator yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit adalah

2^n – 1.

B. ADC Counter Ramp

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.

C. ADC SAR

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 input ternyata lebih kecil dari tegangan yang

dihasilkan DAC maka langkah berikutnya menurunkan kombinasi bit =» 1010 0000 (dst).

2. DIGITAL ANALOG CONVERTER

Input besaran analog yang didapat dari hasil proses dalam trasduser, kemudian oleh perangkat ADC

diubah menjadi besaran digital. Besaran digital tersebut adalah merupakan input dari sebuah sistem

digital untuk diproses secara aritmatik atau logik sehingga dihasilkan suatu besaran digital. Oleh karena

output dari sistem digital berupa besaran digital sedangkan yang dibutuhkan untuk menggerakan

rangkaian berikutnya adalah besaran analog, maka diperlukan perangkat pengubah digital ke analog

yang berfungsi untuk mengubah besaran digital dari hasil proses menjadi besaran analog sebagai contoh

untuk mengendalikan sebuah kecepatan motor dc dibutuhan besaran analog.

Sehingga adanya interface berupa ADC dan DAC pada sebuah sistem rangkaian digital dengan dunia

analog menunjukan bahwa sebuah sistem pengendali terdapat kemungkinan kombinasi dari dua besaran

yaitu analog dan digital dimana sistem sensor merupakan dunia analog, proses dengan digital dan

penggerak utama sebagai output adalah besaran analog.

Resolusi dari sebuah DAC ditentukan perubahan terkecil yang terjadi pada output sebagai hasil dari

perubahan pada input analog, dari contoh konversi diatas resolusinya adalah 0,2 volt dan selalu diukur

berdasar konversi bit terkecil (LSB). Pada DAC 4 bit penghitung (counter) akan memberikan input

sebanyak 16 kondisi dan merupakan siklus yang terus menerus yaitu mulai dari 0000 sampai 1111,

ketika counter menghitung 0000 maka tegangan output analog adalah 0 volt dan berdasar contoh diatas

setiap step adalah 0,2 volt sehingga tegangan ouput maksimum 6,2 volt.

Resolusi dinyatakan dalam volt (tegangan) namun demikian dapat juga dinyatakan dalam prosen dari

skala penuh output (dalam contoh 6,2 volt saat input digital 1111),

%100% xSkalaPenuh

Stepresolusi

Aplikasi yang digunakan DAC yang berupa rangkaian (IC). Karakterisitik yang berkaitan

dengan DAC, diantaranya:

1. Input Digital : jumlah bit dalam sebuah word biner paralel

2. Catu Daya : Merupakan bipolar pada level ± 12 V hingga ± 18 V seperti yang

dibutuhkan oleh amplifier internal.

3. Suplai Referensi : Diperlukan untuk menentukan jangkauan tegangan output dan

resolusi dari konverter. Suplai ini harus stabil, memiliki riple yang kecil.

4. Output : Sebuah tegangan yang merepresentasikan input digital. Tegangan iniberubah

dengan step sama dengan perubahan bit input digital. Output aktual dapat berupa bipolar

jikakonverter didesain untuk menginterpretasikan input digital negatif.

5. Offset : Karena DAC biasanya di implementasikan dengan op-amp, maka mungkin

adanya tegangan output offset dengan sebuah input nol. Secara khusus, koneksi akan

diberikan untuk mendukung pengesetan ke harga nol dari output DAC dengan input

word nol

6. Mulai konversi : Sejumlah rangkaian DAC memberikan sebuah logika input yang

mempertahankan konversi dari saat terjadinya hingga diterimanya sebuah perintah

logika tertentu (1atau 0).

Jenis-jenis DAC :

a. DAC Binary Weigh Resistor

b. DAC R-2R LADDER

3. TEKNIK MODULASI

Modulasi adalah pencampuran sinyal input dengan sinyal pembawa (carrier). Sinyal carrier memberikan

respon berupa kombinasi frekuensi, fasa, ataupun amplitudo. Tujuan modulasi adalah untuk mengubah

bentuk sinyal ataupun mengubah frekuensi kerjanya agar dapat bekerja dan ditransmisikan pada suatu

medium. Menurut sinyal masukannya, modulasi terbagi menjadi modulasi analog dan modulasi digital.

Modulasi Analog terdiri dari

A. Modulasi Amplitudo

B. Modulasi Frekuensi

C. Modulasi Sudut / Fasa

Modulasi Digital Terdiri dari

A. Amplitude Shift Keying (ASK)

Teknik modulasi ini disebut juga sebagai ON-OFF KEYING (OOK)

•ASK mudah terganggu oleh noise.

•Bit 0 dan 1 diwakilkan dengan membedakan ketinggian amplitudo

•Contohnya bit 0 tegangannya di wakilkan dengan 15 V dan bit 1 akan diwakilkan dengan 8 V.

B. Frequency Shift Keying (FSK)

digunakan suatu jumlah terbatas berdasarkan frekuensi. Merupakan bentuk modulasi frekuensi

dimana sinyal modulasinya mengubah frekuensi output di antara nilai sebelum ditentukan.

Biasanya, frekuensi instan diubah di antara dua nilai diskret yang dibatasi frekuensi tanda dan

frekuensi ruang. Bentuk fase FSK yang kontinus yang ada merupakan tidak ada kelanjutan fase

pada sinyal dimodulasi.

C. Phase Shift Keying (PSK)

igunakan suatu jumlah terbatas amplitudo. Merupakan bentuk modulasi yang mewakili data

digital sebagai variasi dalam amplitudo gelombang karier.Amplitudo dari sebuah sinyal karier

analog mengubah dengan aliran bit (sinyal modulasi), menjaga frekuensi dan fase konstan. Level

amplitudo dapat digunakan mewakili logika binary 0 dan 1. Dapat dianggap sinyal karier

sebagai saklar ON atau OFF. Pada sinyal dimodulasi, logika 0 diwakili dengan adanya karier,

sehingga memberikan operasi kunci OFF/ON dan nama diberikan.

Bentuk ASK yang paling sederhana dan umum beroperasi seperti sebuah saklar, menggunakan

adanya gelombang karier untuk mengindikasi sebuah binary 1 dan absensinya untuk

mengindikasi sebuah 0. Tipe modulasi ini disebut on-off keying, dan digunakan pada frekuensi

radio untuk mentransmisikan kode Morse (mengacu pada operasi gelombang kontinus).