Makalah Adc Dan Dac [PDF]

Citation preview

Disusun Oleh Nama ; Anthony Muhammad Yusuf NIM : 20212205072 Kelas : TI-104 Analog-to-Digital Converter dan Digital-to-Analog Converter Sekolah Tinggi Ilmu Manajemen Ilmu Komputer STMIK AKBA



i



KATA PENGANTAR Puji syukur atas kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat kesehatan, iman, dan waktu agar saya dapat menyelesaikan makalah tentang analog-to-digital converter dan digital-to-analog converter ini. Tak lupa pula Shalawat serta salam saya kirimkan kepada Rasulullah SAW yang telah membawa kita dari jaman yang gelap menuju jaman yang terang benderang seperti sekarang ini. Makalah ini jauh dari kata sempurna jadi kepada para pembaca sekalian, saya menerima kritik dan saran yang ditujukan guna membangun dan mengembangkan makalah ini lebih baik lagi kedepannya. Kemudian tak lupa pula saya ingin menyampaikan kepada para pembaca sekalian bahwa adanya kurang dan lebih pada makalah ini menandakan kita sebagai manusia yang tidak sempurna.



Makassar, 16 December 2021



Penulis



ii



DAFTAR ISI



Contents KATA PENGANTAR...............................................................................................................................ii DAFTAR ISI.............................................................................................................................................iii BAB I..........................................................................................................................................................4 Pendahuluan..............................................................................................................................................4 A.



Latar Belakang..............................................................................................................................4



B.



Rumusan masalah..........................................................................................................................4



C.



Tujuan............................................................................................................................................4



BAB II........................................................................................................................................................5 ISI...............................................................................................................................................................5 A.



Analog-to-Digital Converter (ADC).............................................................................................5



B.



Digital-to-Analog Converter (DAC).............................................................................................8 1.



Binary-weighted DAC...............................................................................................................11



2.



R/2R Ladder DAC.....................................................................................................................12



BAB III.....................................................................................................................................................14 Penutup....................................................................................................................................................14 Kesimpulan..........................................................................................................................................14



iii



BAB I Pendahuluan A. Latar Belakang Pertama-tama sebagai awal dari makalah ini yaitu penjelasan tentang latar belakang pembuatan makalah ini adalah untuk memperdalam dan memberikan informasi informasi serta penjelasan tentang apa itu analog-to-digital converter dan digital-to-analog converter.



B. Rumusan masalah 1. 2. 3. 4.



Apa itu analog-to-digital converter? Apa itu digital-to-analog converter? Fungsi ADC dan DAC Contoh penggunaan ADC dan DAC



C. Tujuan 1. 2. 3. 4.



Mengetahui lebih dalam tentang ADC Mengetahui lebih dalam tentang DAC Mengetahui fungsi ADC dan DAC Mengetahui contoh contoh fungsi ADC dan DAC



4



BAB II ISI A. Analog-to-Digital Converter (ADC) a. Pengertian ADC Analog to Digital Converter adalah suatu piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi sinyal-sinyal digital. ADC. ADC memiliki 2 karakter prinsip, yaitu : 1. Kecepatan Sampling. 2. Resolusi. Kecepatan sampling ADC menyatakan seberapa sering dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu.



sinyal



analog



Sedangkan, Resolusi ADC menentukan ketitilitan nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh ADC 8 Bit akan memilikki output 8 Bit data digital. Ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 atau ( 2 - 1 ) nilai diskrit. ADC 12 Bit akan memiliki output 12 Bit data digital. Ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 data diskrit. Dari contoh di atas dapat disimpulkan bahwa ADC 12 bit akan memberikan resolusi yang lebih baik daripada ADC 8 bit. b. Converter Converter merupakat alat bantu digital yang paling penting untuk teknologi control proses adalah yang menerjemahkan informasi digital ke bentuk adnalog dan juga sebaliknya. Sebagian besar pengukuran variable – variable dinamik dilakukan oleh piranti ini yang menerjemahkan informasi mengenai variable ke bentuk sinyal listrik analog. Untuk menghubungkan sinyal ini dengan sebuah computer atau rangkaian logika digital sangat perlu untuk terlebuh dahulu melakukan konversi analog ke digital



5



(ADC). Hal-hal mengenai konversi ini harus diketahui sehingga ada keunikan, hubungan khusus antara sinyal analog dan digital. c. Prinsip kerja ADC Prinsip kerja ADC dilakukan dengan mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan refrensi. Sebagai contoh, nila tegangan referensi 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 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner).



= (153/255) x 5 =3 volts d. Fungsi ADC Fungsi ADC adalah untuk menjembatani pemrosesan data berupa sinyal analog oleh system digital. ADC juga berperan sebagai pengatur proses industry, rangkaian pengukutan atau pengujian, sampai dengan komunikasi digital. e. Contoh aplikasi ADC Contoh aplikasi ADC yaitu voltmeter digital, sampling suara dengan komputer, sehingga suara dapat disimpan secara digital dalam disket, dan kamera digital.



f. Jenis-Jenis ADC a. ADC Simultan ADC simultan atau biasa disebut flash converter atau paralel converter. Input analog Vi yang akan diubah ke bentuk digital diberikan secara simultan pada sisi + pada komparator tersebut, dan input pada sisi – tergantung pada ukuran bit converter. Ketika Vi melebihi tegangan input-dari suatu komparator, maka output komparator adalah high, sebaliknya akan memberikan output low. Berikut contoh rangkaian ADC simultan



6



b. Sucsessive Approximation ADC Pada gambar di atas ditunjukkan diagram ADC jenis SAR, yaitu dengan memakai konvigurasi yang hampir sama dengan counter ramp tetapi dalam melakukan trace dengan cara tracking dengan mengeluarkan kombinasi bit MSB = 1 = 1000 0000. Apabila belum sama (kurang dari tegangan analog input maka bit MSB berikutnya = 1 = 1100 0000 dan apabila tegangan analog input ternyata lebih kecil dari tegangan yang dihasilkan DAC maka langkah selanjutnya menurunkan kominasi bit = 1010 0000. Untuk mempermudah pengertian dari metode ini diberikan contoh seperti pada timing diagram gambar di bawah ini



Misal diberi tegangan analog input sebesar 6,84 volt dan tegangan referensi ADC 10 volt sehingga tegangan keluaran sebagai berikut Jika D7 D6



= =



1 1



maka maka



V V



out out



= =



5 2,5



volt volt



Jika Jika 7



D5 = 1 maka V out = 1,25 D4 = 1 maka V out = 0,625 D3 = 1 maka V out = 0,3125 D2 = 1 maka V out = 0,1625 D1 = 1 maka V out = 0,078125 D0 = 1 maka V out = 0,0390625 volt



volt volt volt volt volt



Jika Jika Jika Jika Jika



Setelah diberikan sinyal start maka konversi dimulai dengan memberikan kombinasi 1000 0000 ternyata menghasilkan tegangan 5 volt dimana masih kurang dari tegangan input 6,84 volt, kombinasi berubah menjadi 1100 0000 sehingga Vout = 7,5 volt dan ternyata lebih besar dari 6,84 volt sehingga kombinasi menjadi 1010 0000 tegangan Vout = 6,25 volt. Kombinasi naik lagi 1011 0000 demikian seterusnya hingga mencapai tegangan 6,8359 volt dan membutuhkan hanya 8 clock.



B. Digital-to-Analog Converter (DAC) a. Pengertian Digital-to-Analog Converter DAC atau Digital to Analog Converter adalah sebuah rangkaian atau perangkat yang digunakan untuk mengubah sinyal Digital yang berbentuk biner (0 dan 1) menjadi sinyal Analog yang kontinu (arus atau tegangan). Sinyal Digital adalah sinyal Biner yang berbentuk bit dan merupakan kombinasi dari 1 dan 0 (level tegangan tinggi dan tegangan rendah). Dengan kata lain, Konverter Digital ke Analog atau DAC ini mengubah Bit menjadi sinyal analog dalam bentuk tegangan maupun arus listrik. Konverter Digital ke Analog ini juga sering disingkat menjadi DAC, D2A atau D/2. Sinyal yang diubah menjadi bentuk Analog biasanya digunakan untuk menggerak motor, diafragma speaker, pengendali suhu dan lain sebagainya pada suatu rangkaian atau perangkat elektronika.



8



Misalnya, sebuah komputer yang menyimpan file Audio dalam bentuk nilai Biner dari gelombang suara. Untuk dapat memainkannya kembali dan dapat didengar oleh telinga manusia dalam bentuk suara pada Loudspeaker, kita membutuhkan sinyal Analaog. Hal ini dikarenakan Speaker akan bergetar berdasarkan intensitas sinyal analog yang diterimanya untuk menghasilkan suara atau musik. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah rangkaian perantara yang berfungsi untuk mengubah sinyal dari komputer yang berbentuk digital menjadi sinyal analog untuk menghasilkan suara di Speaker b. Cara Kerja Digital-to-Analog Converter Data Biner Digital adalah dalam bentuk bit. Setiap bit adalah 1 atau 0 yang masing-masing mewakili bobotnya sesuai dengan posisinya. Bobotnya adalah 2n dimana n adalah posisi Bit dari sisi kanan yang dimulai dari 0. Bobot Bit = 2n Bobot Bit ke-4 dari kiri = 2n = 23 = 8 Bobot Bit dikalikan dengan nilai Bit. Karena Bit bisa berupa 0 atau 1, dengan demikian : Nilai Bit 1 x Bobot Bit = 1 x 2n = 2n Nilai Bit 0 x Bobot Bit = 0 x 2(n-1) = 0 Sekarang tambahkan bobot semua bit dengan nilainya dalam bilangan biner 10011 : 100112 = (1 x 24) + (0 x 23) + (0 x 22) + (1 x 21) + (1 x 20) 100112 = 16 + 0 + 0 + 2 + 1 100112 = 19 Cara diatas merupakan cara kerja Digital to Analog Converter (DAC) dengan menambahkan bobot dari semua bit yang sesuai dengan nilainya untuk menghasilkan nilai analog pada keluarannya.



9



Untuk menjelaskan tentang cara kerjanya ini, kita akan membahas secara sederhana bagaimana sinyal suara yang disimpan dalam bentuk digital kemudian dikonversikan menjadi sinyal analog yang dapat didengar oleh telinga kita : Suara yang dihasilkan dari peralatan audio adalah bentuk analog dari data input digital. Konverter DAC ini memungkinkan Audio diubah dari format digital atau jenis file audio yang digunakan pada komputer dan elektronik lainnya ke format yang berbentuk analog yang berupa tegangan atau arus yang menggerak perangkat audio (dalam hal ini adalah Speaker). DAC mengambil bilangan biner dari bentuk digital audio dan mengubahnya menjadi tegangan atau arus analog yang jika dilakukan untuk seluruhnya pada sebuah lagu, dapat membuat gelombang audio yang mewakili sinyal digital. Ini membuat versi analog dari audio digital dalam “langkah-langkah” dari setiap pembacaan digital. Sebelum membuat audio, DAC membuat gelombang anak tangga. Ini adalah gelombang di mana ada “lompatan” kecil di antara setiap pembacaan digital. Untuk mengubah lompatan ini menjadi pembacaan analog yang mulus dan terus menerus, DAC menggunakan interpolasi. Intepolasi ini adalah metode untuk melihat dua titik bersebelahan pada gelombang anak tangga dan menentukan nilai di antaranya. Dengan demikian, suara yang dihasilkannya ini akan lebih halus dan tidak terlalu terdistorsi. DAC mengeluarkan tegangan ini yang telah dihaluskan menjadi bentuk gelombang kontinu c. Fungsi DAC Biasanya DAC ( Digital To Analog Converter ) sering digunakan pada perangkat digital pada bagian output untuk membuat sinyal analog setelah sebelumnya sinyal diproses dalam bentuk digital. Cara kerja DAC ( Digital to Analog Convertion ) sesuai dengan namanya Digital to Analog Convertion maka fungsi utama DAC adalah merubah sinyal digital menjadi sinyal analog Rangkaian DAC lebih simpel daripada rangkaian ADC. d. Cara Kerja DAC Cara kerja DAC ( Digital to Analog Convertion ) sesuai dengan namanya Digital to Analog Convertion maka fungsi utama DAC adalah merubah sinyal digital menjadi sinyal analog Rangkaian DAC lebih simpel daripada rangkaian ADC. Jika kita memutar musik melalui DAP ( Digital Audio Player ), di dalamnya pasti sudah ada DAC nya. Kenapa masih perlu ditambah DAC eksternal. Tapi DAC internal DAP nya dibypass ke DAC eksternal, sehingga pemrosesan suara dilakukan di DAC eksternal.



10



Untuk orang – orang tertentu, DAC internal DAP nya bisa jadi kualitasnya kurang memuaskan, hingga dia membutuhkan DAC lain yang berkualitas lebih oke. Jika kita menggunakan PC / laptop untuk memutar musik, dan soundcard PC / laptop kita kurang oke, kita bisa menggunakan DAC eksternal yang dihubungkan melalui USB, sehingga mendapatkan kualitas suara yang lebih baik e. Jenis-Jenis DAC Berdasarkan sumber energinya, DAC di pasaran dibagi menjadi tiga, DAC desktop, USB DAC, dan portable. 1. DAC desktop tenaganya berasal dari listrik rumahan, kemudian menggunakan adaptor. Tidak bisa hidup jika tanpa listrik rumahan. 2. USB DAC sumber tenaganya dari slot USB yang juga berfungsi sebagai jalur data. 3. DAC portable tenaganya dari baterai yang tertanam di dalamnya, sehingga bisa dinyalakan tanpa listrik rumahan atau PC / laptop. f. Rangkaian DAC Rangkaian dasar DAC ( Digital to Analog Convertion ) terdapat 2 tipe, yaitu Binary-weighted DAC dan R/2R Ladder DAC. Kedua tipe DAC tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Binary-weighted DAC



Suatu rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier yang diset sebagai penguat. Secara prinsip rangkaian DAC diatas dapat dijelaskan sebagai berikut ini : Resistor 20 kΩ menjumlahkan arus yang dihasilkan oleh penutupan switch-switch D0 sampai D3. Selanjutnya resistor – resistor ini akan diberi skala nilai sedemikian rupa sehingga mencukupi bobot biner ( binary-weighted ) dari arus yang kemudian akan dijumlahkan oleh resistor 20 kΩ. Dengan menutup switch D0 mengakibatkan arus 50 μA mengalir melalui resistor 20 kΩ, menghasilkan tegangan -1 V pada Vout.



11



Penutupan masing – masing switch mengakibatkan perangkapan nilai arus yang dihasilkan dari switch sebelumnya. Nilai konversi pada kombinasi penutupan switch akan ditunjukkan pada tabel berikut.



Konversi dari nilai digital ke analog berdasarkan rangkaian Binary Weighted DAC diatas. 2. R/2R Ladder DAC



Selain Binary Weighted DAC, ada metode lain dari konversi Digital to Analog yaitu R/2R Ladder. Metode ini banyak digunakan dalam IC-IC DAC. Dalam rangkaian R /2R Ladder, hanya dua nilai resistor yang diperlukan, yang dapat digunakan untuk IC DAC dengan resolusi 8, 10 atau 12 bit. Prinsip kerja dari rangkaian R/2R Ladder ini adalah sebagai berikut :



12



Informasi digital 4 bit masuk dari switch D0 sampai switch D3. Switch ini mempunyai keadaan “ 1 ” ( sekitar 5 V ) atau “0” ( sekitar 0 V ). Dengan pengaturan switch akan mengakibatkan perubahan tegangan yag diberikan ke penguat penjumlah inverting sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya. Contohnya, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0 dan D3 = 1, oleh karna itu R1 akan paralel dengan R5 menghasilkan 10 k . Selanjutnya 10 k ini seri dengan R6 = 10 k menghasilkan 20 k . 20 k ini paralel dengan R2 menghasilkan 10 k , dan seterusnya sampai R7, R3 dan R8. Sehingga diperoleh rangkaian ekivalennya seperti gambar berikut.



Sehingga teganagan output (Vout) analog dari rangkaian R/2R Ladder DAC diatas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Vout yang didapat dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasi dan hasil konversi rangkaian R/2R Ladder DAC akan ditunjukkan pada tabel berikut.



13



BAB III Penutup Kesimpulan 1. ADC ( Analog-to-Digital Converter) adalah perangkat elektronika yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital 2. Fungsi ADC adalah untuk menjembatani pemrosesan data berupa sinyal analog oleh system digital. ADC juga berperan sebagai pengatur proses industry, rangkaian pengukutan atau pengujian, sampai dengan komunikasi digital. 3. Contoh-contoh penggunaan ADC adalah voltmeter digital, sampling suara dengan komputer, sehingga suara dapat disimpan secara digital dalam disket, dan kamera digital. 4. DAC ( Digital-to-Analog Converter ) adalah perangkat elektronika yang berfungai utnuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital 5. Fungsi DAC adalah untuk merubah sinyal digital menjadi sinyal analog Rangkaian DAC lebih simpel daripada rangkaian ADC. 6. Contoh-contoh penggunaan DAC adalah pemutaran CD yang dikonversikan menjadi data analog menggunakan speaker.



14