DAC (Digital to Analog Convertion) dan ADC (Analog to Digital Converting)

DAC (Digital to Analog Convertion) 

Digital to analog convertion adalah perangkat atau rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah suatu isyarat digital (kode-kode biner) menjadi isyarat analog (tegangan analog) sesuai harga dari isyarat digital tersebut. DAC (digital to Analog Convertion) dapat dibangun menggunakan penguat penjumlah inverting dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) yang diberikan sinyal input berupa data logika digital (0 dan 1).

Rangkaian dasar DAC (Digital to Analog Convertion) terdapat 2 tipe yaitu Binary-weighted DAC dan R/2R Ladder DAC.

1.     Binary-weighted DAC

Sebuah rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier yang diset sebagai penguat penjumlah non-inverting seperti gambar berikut.

Rangkaian Dasar Binary-weighted DAC

Resistor 20KΩ menjumlahkan arus yang dihasilkan dari penutupan switch-switch D₀ sampai D₃. Resistor-resistor ini diberi skala nilai sedemikian rupa sehingga memenuhi bobot biner (binary-weighted) dari arus yang selanjutnya akan dijumlahkan oleh penguat penjumlah inverting IC 741.

Apabila sumber tegangan pada penguat penumlah IC 741 tersebut adalah simetris ± 15Vdc. Maka dengan menutup D0 menyebabkan tegangan +5Vdc akan diberikan ke penguat penjumlah dengan penguatan – 0,2 kali (20K/100K) sehingga diperoleh tegangan output penguat penjumlah -1Vdc. Penutupan masing-masing switch menyebabkan penggandaan nilai arus yang dihasilkan dari switch sebelumnya. Nilai konversi dari kombinasi penutupan switch ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel Konversi Digital Ke Analog Rangkaian Binary-weighted

2.     R/2R Ladder DAC

Metode lain dari konversi Digital to Analog adalah R/2R Ladder. Metode ini banyak digunakan dalam IC-IC DAC. Pada rangkaian R/2R Ladder, hanya dua nilai resistor yang diperlukan, yang dapat diaplikasikan untuk IC DAC dengan resolusi 8, 10 atau 12 bit.

Rangkaian Dasar R/2R Ladder DAC

Prinsip kerja dari rangkaian R/2R Ladder adalah sebagai berikut :

            Informasi digital 4 bit masuk ke switch D0 sampai D3. Switch ini mempunyai kondisi “1” (sekitar 5 V) atau “0” (sekitar 0 V). Dengan pengaturan switch akan  menyebabkan perubahan tegangan yag diberikan ke penguat penjumlah inverting sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya. Sebagai contoh, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0 dan D3 = 1, maka 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.

Rangkaian Ekivalen R/2R Ladder

Sehingga teganagan output (Vout) analog dari rangkaian R/2R Ladder DAC diatas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

 

Vout yang dihasilkan dari kombinasi switch ini adalah -5V. Nilai kombinasi dan hasil konversi rangkaian R/2R Ladder DAC  ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel Konversi Digital Ke Analog Rangkaian R/2R Ladder 

ADC (Analog To Digital Convertion)

Analog To Digital Converter adalah pengubah input analog menjadi kode – 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 (komputer).

ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan samplingdan 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).

Pengaruh Kecepatan Sampling ADC

Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: 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 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner).

ADC Simultan

ADC Simultan atau biasa disebut flash converter atau parallel 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.

Rangkaian Dasar ADC Simultan

Bila Vref diset pada nilai 5 Volt, maka dari gambar rangkaian ADC Simultan diatas didapatkan :

V(-) untuk C7 = Vref * (13/14) = 4,64
V(-) untuk C6 = Vref * (11/14) = 3,93
V(-) untuk C5 = Vref * (9/14) = 3,21
V(-) untuk C4 = Vref * (7/14) = 2,5
V(-) untuk C3 = Vref * (5/14) = 1,78
V(-) untuk C2 = Vref * (3/14) = 1,07
V(-) untuk C1 = Vref * (1/14) = 0,36

Sebagai contoh Vin diberi sinyal analog 3 Volt, maka output dari C7=0, C6=0, C5=0, C4=1, C3=1, C2=1, C1=1, sehingga didapatkan output ADC yaitu 100 biner, sehingga diperoleh tabel berikut :

Sumber : http://elektronika-dasar.web.id