Elektronika; Sistem Digital; Mikroposesor dan Mikrokontroler: Digital Analog Converters

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Materi

2. Komponen Rangkaian

3. Rangkaian

4. Video

5. Link Download

KONVERTER DIGITAL – ANALOG

1. Materi [back]

Banyak voltase dan arus dalam elektronik bervariasi secara terus menerus pada beberapa rentang nilai. Dalam sirkuit digital, sinyal berada pada salah satu dari dua level, mewakili nilai biner 1 atau nol. Konverter analog-digital (ADC) memperoleh nilai digital yang mewakili tegangan analog input, sedangkan konverter digital-analog (DAC) mengubah nilai digital kembali menjadi tegangan analog.

Konversi Digital ke Analog

Konvensi Jaringan Tangga

Konversi digital-ke-analog dapat dicapai dengan menggunakan sejumlah metode berbeda. Salah satu skema populer menggunakan jaringan resistor, yang disebut jaringan tangga. Jaringan ladder menerima input dari nilai-nilai biner pada, biasanya, 0 V atau Vref dan memberikan tegangan keluaran sebanding dengan nilai input biner. Gambar 17.12a menunjukkan jaringan tangga dengan empat voltase input, mewakili 4 bit data digital dan output voltase dc. Tegangan output sebanding dengan nilai input digital seperti yang diberikan oleh koneksi

Fungsi jaringan ladder adalah untuk mengubah 16 nilai biner yang mungkin dari 0000 menjadi 1111 menjadi salah satu dari 16 level tegangan dalam langkah-langkah Vref / 16. Menggunakan lebih banyak bagian tangga memungkinkan memiliki lebih banyak input biner dan kuantisasi yang lebih besar untuk setiap langkah. Misalnya, jaringan tangga 10-tahap dapat memperpanjang jumlah langkah tegangan atau resolusi tegangan ke Vref/2¹⁰ atau Vref/1024. Tegangan referensi Vref = 10 V kemudian akan memberikan langkah-langkah tegangan keluaran 10 V/1024 atau sekitar 10 mV. Lebih banyak tahapan tangga memberikan resolusi tegangan yang lebih besar. Secara umum, resolusi tegangan untuk tahapan n tangga adalah

Gambar 17.13 menunjukkan diagram blok DAC tipikal menggunakan jaringan tangga. Jaringan tangga, yang disebut dalam diagram sebagai tangga R-2R, diapit antara pasokan arus referensi dan sakelar arus yang terhubung ke setiap input biner, arus keluaran yang dihasilkan sebanding dengan nilai biner input. Input biner menyala pada kaki tangga yang dipilih, arus keluaran menjadi penjumlahan terbobot dari arus referensi. Menghubungkan arus keluaran melalui resistor akan menghasilkan tegangan analog, jika diinginkan.

Gambar 17.13 DAC IC menggunakan jaringan tangga R-2R.

Konversi Analog-ke-Digital

Konvensi Dual-Slope

Metode populer untuk mengubah tegangan analog menjadi nilai digital adalah metode dualslope. Gambar 17.14a menunjukkan diagram blok konverter dual-slope dasar. Tegangan analog yang akan dikonversi diterapkan melalui sakelar elektronik ke integrator atau sirkuit ramp-generator (pada dasarnya arus konstan yang mengisi kapasitor untuk menghasilkan tegangan ramp linier). Output digital diperoleh dari penghitung yang dioperasikan selama interval kemiringan positif dan negatif dari integrator. Metode konversi berlangsung sebagai berikut. Untuk interval waktu yang tetap (biasanya rentang jumlah penuh penghitung), tegangan analog yang terhubung ke integrator menaikkan tegangan pada input pembanding ke tingkat positif. Gambar 17.14b menunjukkan bahwa pada akhir interval waktu tetap, tegangan dari integrator lebih besar untuk tegangan input yang lebih besar. Pada akhir interval penghitungan tetap, penghitungan diatur ke nol dan sakelar elektronik menghubungkan integrator ke referensi atau tegangan input tetap.

Gambar 17.14 Konversi analog ke digital menggunakan metode dual-slope: (a) diagram logika; (b) bentuk gelombang.

Output integrator (atau input kapasitor) kemudian menurun pada tingkat yang tetap. Penghitung maju selama waktu ini, sementara output integrator berkurang pada tingkat yang tetap sampai turun di bawah tegangan referensi komparator, di mana saat itu logika kontrol menerima sinyal (output komparator) untuk menghentikan penghitungan. Nilai digital yang disimpan di konter adalah keluaran digital konverter.

Menggunakan jam dan integrator yang sama untuk melakukan konversi selama interval kemiringan positif dan negatif cenderung untuk mengimbangi penyimpangan frekuensi jam dan keterbatasan akurasi integrator. Menyetel nilai input referensi dan laju jam dapat menskalakan output penghitung sesuai keinginan. Penghitung bisa berupa biner, BCD, atau bentuk penghitung digital lainnya, jika diinginkan.

KONVERSI JARINGAN TANGGA
Metode konversi analog-ke-digital lainnya yang populer menggunakan jaringan tangga bersama dengan sirkuit penghitung dan pembanding (lihat Gambar 17.15). Penghitung digital bergerak dari penghitungan nol sedangkan jaringan tangga yang digerakkan oleh penghitung menghasilkan tegangan tangga, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17.15b, yang meningkatkan kenaikan satu tegangan untuk setiap langkah perhitungan. Sirkuit pembanding, menerima tegangan tangga dan input analog

Gambar 17.15 Konversi analog ke digital menggunakan jaringan tangga: (a) diagram logika; (b) bentuk gelombang.

tegangan, memberikan sinyal untuk menghentikan penghitungan ketika tegangan tangga naik di atas tegangan input. Nilai penghitung pada waktu itu adalah output digital. Jumlah perubahan tegangan yang dilangkahi oleh sinyal tangga tergantung pada jumlah bit yang digunakan. Penghitung 12 tahap yang mengoperasikan jaringan tangga 12 tahap menggunakan tegangan referensi 10 V akan mengukur setiap langkah dengan tegangan

Ini akan menghasilkan resolusi konversi 2,4 mV. Laju jam penghitung akan mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk melakukan konversi. Laju clock 1 MHz yang mengoperasikan penghitung 12-tahap akan membutuhkan waktu konversi maksimum

Jumlah konversi minimum yang dapat dilakukan setiap detik adalah

Karena rata-rata, dengan beberapa konversi yang memerlukan sedikit waktu penghitungan dan yang lainnya mendekati waktu penghitungan maksimum, diperlukan waktu konversi 4,1 ms/2 = 2,05 ms, dan jumlah konversi rata-rata adalah 2

244 = 488 konversi/detik. Laju jam yang lebih lambat akan menghasilkan lebih sedikit konversi per detik. Konverter yang menggunakan tahap penghitungan lebih sedikit (dan resolusi konversi lebih sedikit) akan melakukan lebih banyak konversi per detik. Keakuratan konversi tergantung pada keakuratan komparator.

2. Komponen Rangkaian [back]