sar adc imba

Upload: dewi-nurazizah-syaadatuddaroen

Post on 12-Jul-2015

702 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah Pengubah sinyal analog ke sinyal digital atau yang lazim disebut Analog to Digital Converter (ADC) memegang peranan penting dalam pemprosesan sinyal. Tanpa ADC, tidak akan ada sistem telekomunikasi atau sistem kontrol pada pengukuran. Hal ini disebabkan karena ketiadaan ADC berarti tidak akan ada sinyal analog (seperti suara, gambar, suhu, tekanan, intensitas cahaya atau gelombang radio) yang bisa diolah oleh komputer atau mikroprosesor karena sinyal tidak terdigitisasi sehingga sinyal tersebut tidak dapat diproses, dikontrol apalagi ditransmisikan. Teknologi berkembang pesat karena proses digitalisasi yang semakin cepat pada mesin prosesor (misalnya komputer). Kecepatan mesin prosesor yang terus meningkat tidak berbanding lurus dengan kecepatan rangkaian penghubungnya dengan lingkungan sekitar (antarmuka atau interface) sehingga riset terhadap rangkaian antarmuka yang mempunyai kecepatan dan ketelitian tinggi (high-speed precision circuit) terus dilakukan. ADC sebagai komponen penting dari proses antarmuka telah memotivasi para peneliti untuk terus mengembangkan teknik dan arsitektur ADC terbaru yang memiliki kemampuan terbaik. Berbagai macam tipe, diantaranya Tracking ADC, Flash ADC, Intergrating ADC, dan SAR ADC. Dari tipe-tipe tersebut, memiliki kelebihan dan kekurangan serta memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa pengertian SAR ADC 2. Bagainama cara kerja dan mengaplikasikan sistem SAR ADC

1

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

3. Apa kelebihan dan kekurangan SAR ADC1.3 Tujuan Penulisan

Sesuai dengan permasalahan yang telah dirumuskan, makalah ini bertujuan untuk :

Mengetahui lebih dalam mengenai piranti ADC khususnya SAR ADC. Mengetahui cara kerja dan aplikasi SAR ADC. Mengetahui kelebihan dan kekurangan SAR ADC.1.4 Metode Pengumpulan Data

Metode yang digunakan dalam penyusunan makalah ini adalah metode literatur yaitu dengan mencari dan mengumpulkan sumber informasi dari buku-buku, media internet serta contoh makalah yang membahas tentang ADC khususnya SAR ADC. 1.5 Sistematika Penulisan Makalah ini terdiri dari empat bab. Bab I yang merupakan pendahuluan berisikan latar belakang, rumusan masalah, maksud dan tujuan, metode pengumpulan data dan sistemakika penulisan. Pada bab II berisi landasan teori, yakni menjelaskan teori-teori yang relevan dengan materi yang akan dibahas. Pada bab III yang merupakan pembahasan berisikan pengertian SAR ADC, prinsip kerja SAR ADC, kelebihan dan kekurangan SAR ADC, dan aplikasi SAR ADC. Pada bab IV atau bab penutup berisikan simpulan mengenai materi yang dibahas dalam makalah ini.

2

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian ADC ADC adalah sebutan untuk rangkaian pengubah input sinyal analog (sinyal kontinu terhadap waktu) menjadi output sinyal digital (sinyal diskret atau terkuantisasi terhadap waktu). Seperti diketahui, komputer hanya bisa membaca sinyal diskret/biner sementara di dunia nyata segala sesuatunya secara fisis berupa kuantitas analog (suhu, tekanan, kecepatan, kelembapan, dsb). Kuantitas analog ini diubah menjadi besaran listrik (nilai tegangan atau arus yang setara) menggunakan transducer sebelum masuk rangkaian ADC untuk diubah menjadi sinyal digital. Sinyal digital inilah yang akan dibaca dan diproses oleh komputer.

Gambar 1. Proses konversi pada ADC Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. ADC banyak digunakan sebagai pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran atau pengujian. Contohnya dalam sistem mikrokontroler yang hanya dapat mengubah data dalam bentuk biner saja, atau lebih sering disebut besaran digital. Oleh sebab itu setiap data analog yang akan diperoses oleh mikrokontroler harus diubah terlebih dahulu kedalam bentuk kode biner (digital). Pengubahan data analog ke bentuk biner ditangani oleh piranti ADC. Tegangan masukan ADC didapatkan dari tranduser. Tranduser adalah pengubah tegangan kontinyu. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh tranduser yang berubah secara kontinyu pada suatu range tertentu disebut tegangan3

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

analog, dan tegangan analog ini diubah oleh ADC menjadi bentuk dugital yang sebanding dengan tegangan analognya.

2.2 Karakteristik ADC Ada tiga karakteristik yang perlu diperhatikan dalam pemilihan komponen ADC, antara lain : 1. Resolusi Merupakan spesifikasi terpenting untuk ADC, yaitu jumlah langkah dari sinyal skala penuh yang dapat dibagi, dan juga ukuran dari langkahlangkah. Dinyatakan dalam jumlah bit yang ada dalam satu kata (digital word), ukuran LSB (langkah terkecil) sebagai persen dari skala penuh atau dapat juga LSB dalam miliVolt (untuk skala penuh yang diberikan) 2. Akurasi Adalah jumlah dari semua kesalahan, kesalahan nonlinieritas, skala penuh, skala nol, dan lain-lain. Dapat juga menyatakan perbedan antara tegangan input analog secara teoritis yang dibutuhkan untuk menghasilkan kode biner tertentu terhadap tegangan input nyata yang menghasilkan tegangan kode biner tersebut. 3. Waktu konversi Adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengubah setiap sampel ke bentuk digital, atau yang diperlukan untuk menyelesaikan suatu konversi. 2.3 Prinsip Kerja ADC Secara singkat prinsip kerja dari konverter A/D adalah semua bit-bit diset kemudian diuji, dan bilamana perlu sesuai dengan kondisi yang telah ditentukan. Dengan rangkaian yang paling cepat, konversi akan diselesaikan sesudah 8 clock, dan keluaran D/A merupakan nilai analog yang ekivalen dengan nilai register SAR.

4

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Apabila konversi telah dilaksanakan, rangkaian kembali mengirim sinyal selesai konversi yang berlogika rendah. Sisi turun sinyal ini akan menghasilkan data digital yang ekivalen ke dalam register buffer. Dengan demikian, keluaran digital akan tetap tersimpan sekalipun akan di mulai siklus konversi yang baru. 2.4 Jenis-jenis ADC beserta fungsinya ADC adalah proses pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital. Proses pengubahan terjadi pada konverter/pengubah yang dikenal dengan analog to digital converter. Proses pengubahan ini dikenal juga dengan nama sistem akusisi data. Terdapat empat macam ADC yang memenuhi standar industri, yaitu integrating, tracking converter, successive approximation dan flash/paralel. Keempat jenis ADC tersebut mewakili beberapa macam pertimbangan diantaranya resolusi, kecepatan konversi dan biaya. Menurut cara pengkonversiannya, ADC dapat dikelompokkan kedalam beberapa jenis yaitu : 1. Tipe Integrating Tipe Integrating menawarkan resolusi tertinggi dengan biaya terendah. ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini memiliki kelemahan yaitu waktu konversi yang agak lama, biasanya beberapa milidetik. Tipe ADC yang termasuk jenis ini adalah Single Slove (Ramp ADC) dan Dual Slove ADC 2. Tipe Tracking Tipe tracking menggunakan prinsip up down counter (pencacah naik dan turun). Binary counter (pencacah biner) akan mendapat masukan clock secara kontinyu dan hitungan akan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah apakah sedang naik (up counter) atau sedang turun (down counter). ADC tipe ini tidak

5

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

menguntungkan jika dipakai pada sistem yang memerlukan waktu konversi masukan keluaran singkat, sekalipun pada bagian masukan pada tipe ini tidak memerlukan rangkaian sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock pencacah, semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses konversi akan semakin singkat. 3. Tipe flash atau paralel Tipe ini 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 dekoder 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 2n 1. 4. Tipe successive approximation Tipe successive approximation merupakan suatu konverter yang paling sering ditemui dalam desain perangkat keras yang menggunakan ADC. Tipe ini memiliki kecepatan konversi yang cukup tinggi, meskipun dari segi harga relatif mahal. Prinsip kerja konverter tipe ini adalah, dengan membuat kemungkinan-kemungkinan yang berupa taksiran nilai digital terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan. Apabila resolusi ADC tipe ini adalah 2n maka diperlukan maksimal n kali tebakan.

6

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

2.5 Parameter Mutu ADC Beberapa parameter yang menentukan mutu sebuah ADC, yaitu: kesalahan kuantisasi, ketidaklineran, kode tidak lengkap (hilang) dan waktu konversi. Resolusi suatu konverter A/D, yang dinyatakan dengan bit, menunjukkan tingkat ketelitian konverter A/D di dalam mengubah sinyal analog ke digital. Semakin banyak bitnya, maka semakin peka konverter A/D tersebut terhadap perubahan masukan analognya. Misalnya untuk konverter A/D 8 bit dengan jangkauan masukan 10 Volt, tegangan terkecil yang dapat dibedakan adalah 10/256 = 39.0625 mV, sedangkan pada konverter A/D 12 bit adalah 10/4096 = 2.44 mV. Berikut penjelasan lebih rinci dari beberapa parameter mutu dari sebuah ADC : 1. Kesalahan kuantisasi Kesalahan kuantisasi muncul karena keterbatasan variasi bit yang tersedia terhadap nilai-nilai analognya. Misalnya, pengukuran besaran analog dengan menggunakan konverter 8 bit. Besaran itu sendiri dapat mempunyai nilai sembarang yang bersifat acak. Sedangkan konverter 8 bit tersebut hanya dapat mengeluarkan nilai yang terbatas jumlahnya untuk mewakili nilai-nilai besaran analog tersebut. 2. Ketidaklinieran Karakteristik linier didekati dengan karakteristik bentuk tangga, sehingga timbul kesalahan kuantisasi sebesar setengah dari tinggi anak tangga. Karena tinggi anak tangga adalah sama dengan bit penting terendah (Least Significant Bit, LSB) dalam bilangan biner, maka kesalahan tersebut sama dengan setengah LSB. Kesalahan ini diperkecil dengan memperbanyak posisi biner. Di samping itu, masih terdapat kesalahan yang disebabkan karena komponen konverter yang tidak linier.

7

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Oleh produsen konverter, besar kesalahan ini dinyatakan sebagai ketidaklinieran dalam persentase dari LSB (dinyatakan dalam %). 3. Kode Tidak Lengkap (Hilang) Kadang-kadang kombinasi bit tertentu tidak tersedia, dengan kata lain sebuah tingkatan proses dilompati. Kombinasi semacam ini disebut kode yang hilang (missing code). Kode yang hilang tidak terjadi bila kesalahan linieritas kurang dari LSB. 4. Waktu Waktu yang dibutuhkan oleh konverter A/D untuk mengubah tegangan menjadi kombinasi bit disebut dengan waktu konversi (conversion time).

8

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

BAB III SUCCESSIVE APPROXIMATION REGISTER (SAR) ADC

3.1. Pengertian SAR ADC ADC tipe successive approximation adalah suatu konverter yang paling sering ditemui dalam desain perangkat keras yang menggunakan ADC. Tipe ini memiliki kecepatan konversi yang cukup tinggi, meskipun dari segi harga relatif mahal. Jumlah bit tidak tergantung pada jumlah komparator yang digunakan. Efek lain dari minimnya komparator ini menjadikan ukuran rangkaian lebih kecil meski waktu konversinya tidak secepat flash ADC. Pada dasarnya SAR ADC terdiri dari beberapa komponen dasar, yaitu: 1. Sebuah Analog Comparator (OP-AMP) yang berfungsi untuk

membandingkan antara input analog dengan hasil pengkonversian yang di dapat dari SAR itu sendiri. Yang dibutuhkan dalam sebuah pembanding adalah kecepatan dan ketelitian. Offset pembanding tidak mempengaruhi keseluruhan linearitas sebagai penampakan dari suatu offset dalam keseluruhan karakteristik transfer. Sebagai tambahan, teknik pembatalan offset pada umumnya diberlakukan untuk mengurangi offset pembanding. Bagaimanapun, noise perlu menjadi perhatian, dan pembanding pada umumnya dirancang untuk mempunyai referensi input noise kurang dari 1LSB. Apalagi, pembanding harus menetapkan suatu tegangan dengan teliti menyangkut keseluruhan system, dengan kata lain, pembanding diperlukan untuk hasil yang akurat dalam keseluruhan sistem.

9

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

2. Sebuah SAR yang berfungsi sebagai pengubah sinyal analog menjadi digital. 3. Sebuah DAC yang berfungsi untuk memberikan supply dari SAR pada OP-AMP berupa sinyal analog. Waktu penyelesaian maksimum dari DAC pada umumnya ditentukan oleh MSB. Sebagai tambahan, linearitas keseluruhan ADC terbatas oleh linearitas DAC itu sendiri. Oleh Karena Itu, SAR ADC dengan lebih dari 12 bit resolusi akan sering memerlukan beberapa format dalam proses pengkalibrasian untuk mencapai linearitas yang diperlukan. Walaupun sedikit banyak bergantung pada proses produksi, komponen yang mempunyai batas linearitas sekitar 12 bit di dalam merangkai DAC. Banyak SAR ADC menggunakan kapasitor DAC yang berfungsi sebagai track/hold. Kapasitor DAC menggunakan prinsip pembagian yang mengembalikan beban untuk menghasilkan suatu tegangan output analog. Sebagai langkah pertama dalam pencarian biner algoritma, terminal yang lain dari MSB kapasitor diputus dari ground dan dihubungkan ke VREF, pengontrolan terminal acuan waktu arah positif sama dengan 1/2VREF. Beberapa tipe menggunakan sebuah sample and hold untuk menjamin bahwa tegangan input pada komparator tegangan tidak berubah selama konversi berlangsung. Sample and hold adalah sebuah bagian analog dari digital data latch yang dikonstruksikan menggunakan sakelar elektronik yang mengisi dan menahan level tegangan tertentu.

10

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Didital control input

A1 + Analog input +

A2 O utput

To ADC input

Walaupun ada banyak variasi dalam implementasi dari SAR ADC, namun dasar arsitekturnya sangatlah sederhana. Tegangan input analog (VIN) dapat ditahan oleh suatu track/hold. Besarnya output DAC (VDAC) agar dapat menjadi setengah VREF, di mana VREF adalah tegangan referensi yang berada pada ADC. Perbandingan ini kemudian dilakukan untuk menentukan VIN jika kurang dari atau lebih besar dibanding VDAC. Jika VIN lebih besar dibandingkan VDAC, pembanding output adalah berlogika '1' dan MSB dari N-Bit register sisa '1'. Sebaliknya, jika VIN kurang dari VDAC, pembanding output adalah berlogik 0 dan MSB register dirubah ke logik '0'. SAR akan mengendalikan logik kemudian bergerak ke bit yang berada dibawahnya , memaksa bit itu tinggi, dan mengerjakan perbandingan yang lain setelah konversi pertama selesai. Urutan selanjutnya sepenuhnya menuju ke LSB. setelah langkah ini dilaksanakan, perubahan sudah lengkap, dan N-Bit digital selanjutnya dapat masuk kedalam register. Sebagian kecil dari ADC tersedia dipasaran didasarkan pada SAR arsitektur. Seri MAX1115 dan MAX1118 adalah 8 bit ADC, MAX1086 dan MAX1286 (10-bit dan 12-bit, berturut-turut). Satu ciri dari SAR ADC lain adalah pertimbangan disipasi daya dengan harga rata-rata, beda dengan flush atau tipe ADC yang lain, yang pada umumnya mempunyai disipasi daya yang konstan dari pada harga rata-rata.11

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Ini bermanfaat di dalam aplikasi low-power atau aplikasi di mana data yang didapat tidak terus-menerus.

Gambar 2. Diagram blok ADC tipe successive-approximation Keterangan : DAC converter = digital-ke-analog EOC = akhir konversi SAR = successive approximation register S/H = sample dan sirkuit penahan V in = tegangan masukan V ref = tegangan referensi ADC successive approximation dibuat sebagai pengembangan dari ADC tipe counter (digital ramp ADC). Perubahan dalam ADC tipe ini adalah adanya sebuah counter yang sangat spesial yang disebut successiveapproximation register. Register ini tidak mencacah mulai dari 0 seperti

12

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

halnya pada ADC tipe counter tetapi register ini menghitung dengan mencoba semua nilai bit mulai dari most-significant bit (MSB) dan berakhir pada leastsignificant bit (LSB). Di dalam proses perhitungan, register akan memperhatikan keluaran komparator untuk mengetahui apakah bilangan biner hasil perhitungan lebih kecil atau lebih besar dari masukan sinyal analog. Cara register menghitung ini mirip dengan metode "trial-and-fit dalam pengkonversian bilangan desimal menjadi biner, dimana nilai-nilai yang berbeda dari bit-bit diujikan dari MSB sampai dengan LSB untuk memperoleh sebuah bilangan biner yang sama dengan bilangan desimal asli. Keuntungan dari teknik penghitungan model ini adalah waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh hasil konversi menjadi lebih cepat. 3.2. Prinsip Kerja SAR ADC Prinsip kerja konverter tipe ini adalah, dengan membuat

kemungkinan-kemungkinan yang berupa tebakan nilai digital terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan. Apabila resolusi ADC tipe ini adalah 2n maka diperlukan maksimal n kali tebakan. Metode yang disebut approximation (pendekatan) adalah teknik yang paling popular yang digunakan untuk membangun converter yang paling cepat dibandingkan converter yang lain. Gambar 3 menunjukan sebuah block diagram dari SAR tipe 4-bit. Cara yang baik untuk menjelaskannya adalah menggunakan contoh. Untuk mempermudah, kita anggap bahwa output sebuah DAC adalah 0 volt sampai 15 volt dengan input biner 0000 sampai 1111, dengan 0000 menghasilkan 0 volt dan 0001 1 volt dan seterusnya. Misalkan sebuah input X adalah 13 Volt maka clock pertama, output register menghasilkan biner 1000 yang berarti 8 volt. Comparator tegangan mendapati bahwa 8 volt kurang dari input analog (13 volt), begitu pula pada pulsa clock selanjutnya rangkaian control akan mengisi output register 1100. output DAC sekarang 12 volt, sehingga komparator masih bernilai dibawah nilai input

13

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

analog X. akibatnya register diisi dengan biner 1110 pada pulsa berikutnya, sekarang output DAC adalah 14 volt.

Gambar 3. Block diagram dari SAR tipe 4-bit

151100

1110 Final value 1101

O utput Voltage

101000

5

Time

Gambar 4. Grafik hubungan Time dengan Output Voltage tipe 4-bit

14

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

dimana komparator menyatakan lebih dari input analog (13 volt). Oleh karena itu, biner sebelumnya berubah menjadi 1101. kali ini output DAC adalah 13 volt dimana sama dengan input analog,berubah menjadi 1101. kali ini output DAC adalah 13 volt dimana sama dengan input analog, sehingga konversi selesai. Output register bernilai 1101. Disini kita lihat bahwa metode SAR menggunakan beberapa kali nilai percobaan, yang masing-masing nilai tersebut diatur agar menghasilkan nilai lebih dekat dengan input debandingkan nilai sebelumnya. Pencarian (homing-in) untuk nilai yang tepat diilustrasikan dengan gambar 2. Catatan, bahwa n-bit conversi membutuhkan n pulsa clock. Sebagai contoh yang lain dengan 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 berikutnya menurunkan kombinasi bit => 1010 0000. Dibawah ini adalah urutan biner yang akan muncul pada output SAR 8-bit saat input analog barnilai 01101001 :10000000 01000000 01100000 01110000 01101000 01101100 01101010 01101001

15

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Gambar 5. Blok diagram SAR ADC

Gambar 6. Timing diagram urutan Trace

16

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Secara garis besar operasi dari SAR ADC ini dapat dilihat dari bagan alir berikut.M ulai

K os ongk an s em ua bit

M ulai dari M S B

A tur bit = 1

A pak ah V ax > V a ?

Ya

K os ongk an k em bali bit m enjadi 0

Tidak

K em bali k e bit Tidak y g lebih rendah

A pak ah s em ua bit telah diperik s a ?

Ya K onv ers i s eles ai dan has ilny a di dalam regis ter

S E LE S A I

Gambar 7. Diagram blok operasi SAR ADC

17

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

3.3.

SAR ADC Dalam IC ADC 0804

Gambar 8. IC ADC 0804 Pada IC ADC 0804 mempunyai dua masukan analog, Vin (+) dan Vin (-), sehingga dapat menerima masukan diferensial. Masukan analog sebenarnya (Vin) sama dengan selisih antara tegangan-tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin masukan yaitu Vin = Vin(+) Vin (-). Kalau masukan analog berupa tegangan tunggal, tegangan ini harus dihubungkan dengan Vin (+), sedangkan Vin (-) digroundkan. Untuk operasi normal, ADC 0804 menggunakan Vcc = +5 Volt sebagai tegangan referensi. Dalam hal ini jangkauan masukan analog mulai dari 0 Volt sampai 5 Volt (skala penuh), karena IC ini adalah SAC 8-bit, resolusinya akan sama dengan :

(n menyatakan jumlah bit keluaran biner IC analog to digital converter) IC ADC 0804 memiliki generator clock intenal yang harus diaktifkan dengan menghubungkan sebuah resistor eksternal (R) antara pin CLK OUT

18

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

dan CLK IN serta sebuah kapasitor eksternal (C) antara CLK IN dan ground digital. Frekuensi clock yang diperoleh di pin CLK OUT sama dengan :

Untuk sinyal clock ini dapat juga digunakan sinyal eksternal yang dihubungkan ke pin CLK IN. ADC 0804 memilik 8 keluaran digital sehingga dapat langsung dihubungkan dengan saluran data mikrokomputer. Masukan (chip select, aktif rendah) digunakan untuk mengaktifkan ADC 0804. Jika berlogika tinggi, ADC 0804 tidak aktif (disable) dan semua keluaran berada dalam keadaan impedansi tinggi. Masukan (write atau start convertion) digunakan untuk memulai proses konversi. Untuk itu harus diberi pulsa logika 0. Sedangkan keluaran (interrupt atau end of convertion) menyatakan akhir konversi. Pada saat dimulai konversi, akan berubah ke logika 1. Di akhir konversi akan kembali ke logika 0. Pada gambar 3.3 adalah konfigurasi pinpin dari ADC 0804, masing masing pin mempunyai fungsi sebagai berikut: a. CS (Chip Select), agar ADC dapat aktif , melakukan konversi data maka input chip select harus diberi logika low. Data output akan berada pada kondisi three state apabila CS mendapat logika high b. RD (READ), agar data ADC data dapat dibaca oleh sistem mikroprosessor maka pin RD harus diberi logika low. c. WR (WRITE), pulsa transisi high to low pada input input write maka ADC akan melakukan konversi data, tegangan analog menjadi data digital. Kode 8 bit data akan ditransfer ke output lacht flip flop. d. INTR (INTERUPT) , bila konversi data analog menjadi digital telah selesai maka pin INTR akan mengeluarkan pulsa transisi high to low.

19

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Perangkat ADC dapat diopersikan dalam mode free running dengan menghubungkan pin INT ke input WR. e. Vref, tegangan referensi dapat diatur sesuai dengan input tegangn pada Vin (+) dan Vin (-), Vref = Vin / 2. f. Tegangan analog input deferensial, input Vin (+) dan Vin (-) merupakan input tegangan deferensial yang akan mengambil nilai selisih dari kedua input. Dengan memanfaatkaninput Vin maka dapat dilakukan offset tegangan nol pada ADC. g. CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU atau RC eksternal dapat ditambahkan untuk memberikan generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger. 3.4. Kelebihan dan Kekurangan SAR ADC Kelebihan SAR ADC dibandingkan dengan ADC yang lainya yaitu: 1. Konsumsi daya rendah, ketelian dan resolusi tinggi. Peningkatan resolusi pada SAR ADC tidak akan meningkatkan konsumsi daya, melainkan hanya akan meningkatkan kebutuhan akan komponen yang lebih presisi. Berbeda dengan jenis ADC yang lainnya perubahan resolusi berpengaruh terhadap konsumsi daya. 2. Time conversion yang relatif lebih stabil artinya tidak terpengaruh dengan besarnya analog input. 3. Resolusi yang lebih baik yaitu 18bit dibandingdengan ADC lainnya yang terbatas. Kekurangannya antara lain yaitu : 1. Memiliki rangkaian yang rumit. 2. Kecepatan dari SAR tidak dapat menandingi kecepatan flash. 3. Biaya produksi tinggi.

20

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

3.5. Aplikasi SAR ADC 3.5.1 Detektor Level Zat Cair Sistem Tampilan Digital

Gambar 9. Rangkaian detektor level zat cair sistem tampilan digital Cara kerja rangkaian: Alat pengukur level zat cair ini, pada dasarnya mengukur ketinggian air yang tertampung pada bejana pengukuran. Dengan teori dasar sensor ketinggian air, ADC, dan tampilan seven segment. Perencanaan alat ini berpedoman pada tujuan penelitian yaitu mewujudkan alat pengukur level zat cair dengan tampilan digital, gambar 10 adalah diagram blok detektor level zat cair sistem digital.

21

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

Gambar 10. Blok detektor level zat cair sistem digital Cara kerjanya yaitu pertama diperlukan tegangan sumber tegangan DC 5 volt untuk mengaktifkan sensor ketinggian zat cair, ADC, dan seven segment. Sensor yang berupa pelampung yang akan menentukan besarnya perubahan tegangan yang masuk ADC. Hasil dari konvrensi tegangan menjadi kode-kode biner diubah dalam tampilan desimal, dan kemudian ditampilkan pada seven segment sebagai hasil pengukuran. Pada prinsipnya cara kerja dari detektor permukaan zat cair analog hampir sama, dapat diterapkan pada detektor permukaan zat cair sistem digital. Dari pelampung sebagai sensor yang merupakan tabung udara yang akan terangkat jika diletakkan di permukaan zat cair yang kemudian pelampung tersebut dihubungkan dengan tuas yang terhubung pada potensiometer. Sehingga jika tinggi permukaan zat cair berubah, maka tuas juga akan merubah posisi wiper potensiometer, dan memberikan masukkan perubahan tegangan akibat perbedaan atau selisih tegangan. Masukkan tegangan tersebut diterima oleh IC ADC0804 yang akan mengubah sinyal analog menjadi keluaran sinyal digital, dan ditampilkan melalui seven segment.

22

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

3.5.2 Thermometer Digital dengan Modul DST-51, ADC-0809 dan LCD 2X16

Gambar 11. Blok diagram sistem termometer digital Aplikasi thermometer digital dilakukan dengan melakukan konversi suhu menjadi data digital sehingga dapat diolah mikrokontroler. Proses konversi pertama kali dilakukan dengan mengubah suhu menjadi tegangan analog dan dilanjutkan dengan konversi tegangan analog menjadi data digital. Konversi suhu menjadi tegangan analog dilakukan dengan menggunakan sensor suhu tipe LM35 di mana sensor ini dapat beroperasi dengan menggunakan tegangan sumber di antara 4 30 volt DC. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajat Celcius sehingga diperoleh persamaan berikut: VLM35 = Temperatur * 10 mV. Modul ADC-0809 adalah merupakan modul konversi tegangan analog ke digital dengan spesifikasi: - Konversi digital 8 bit - Resolusi 1 LSB - Tegangan input maksimum 5Volt Oleh karena itu ketelitian modul ini dalam satuan tegangan adalah ketelitian (V) Dengan toleransi ketelitian 19,6 mV maka keluaran LM35 yang mempunyai kenaikan 10 mV untuk setiap derajat Celcius tidak dapat langsung dihubungkan ke Modul ADC-0809. Toleransi ketelitian yang lebih besar dari tingkat kenaikan tegangan yang diukur akan menyebabkan kesalahan dalam pengukuran. Untuk menghindari kesalahan tersebut maka tingkat kenaikan tegangan yang diukur harus dikuatkan dengan menggunakan23

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

rangkaian amplifier sehingga tingkat kenaikan tegangan berada di atas toleransi ketelitian.

Gambar 12. Rangkaian Amplifier

Rangkaian Non Inverting Amplifier pada gambar 2 dengan potensio P1 sebesar 100K dapat digunakan untuk mengatur agar keluaran dari LM35 menjadi 5 kali lebih besar sehingga keluaran amplifier ini dapat menghasilkan kenaikan tegangan sebesar 50mV untuk setiap Derajat Celcius. LM358 pada rangkaian amplifier ini menggunakan sumber tegangan sebesar 12 volt sehingga dioda zener D1 dan resistor R1 digunakan pada keluaran amplifier ini untuk menjaga agar batas maksimum tegangan hanya mencapai 5 Volt saja dan melindungi Modul ADC-0809 dari tegangan yang berlebih.

24

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

3.5.3 Sensor Temperatur ADC 0804

Gambar 13. Rangkaian Sensor Temperatur dengan ADC 0804

Rangkaian Temperatur Sensor with ADC 0804 merupakan aplikasi pengukuran temperature suatu objek menggunakan sensor suhu LM35 dan pengolah data berupa ADC0804. Rangkaian aplikasi ini merupakan bentuk lain dari thermometer digital dengan tampilan baris (bargraph). Display untuk thermometer ini menggunakan 8 unit LED yang disusun secara baris. Rangkaian ini telah lengkap dengan rangkaian power supply. Temperatur dari objek yang dibaca oleh sensor suhu LM35 kemudian diolah oleh ADC0804 menjadi data digital. Data output dari ADC0804 tersebut diberikan ke 8 unit LED. Rangkaian temperature sensor disupply dengan tegangan DC 5 volt, kemudian sebagai referensi tegangan untuk ADC0804 diambil dari output regulator tegangan LM317.

25

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

BAB IV KESIMPULAN

ADC successive approximation dibuat sebagai pengembangan dari ADC tipe counter (digital ramp ADC). Perbedaan dalam ADC tipe ini adalah adanya sebuah counter yang sangat spesial yang disebut successiveapproximation register. Register ini tidak mencacah mulai dari 0 seperti halnya pada ADC tipe counter tetapi register ini menghitung dengan mencoba semua nilai bit mulai dari most-significant bit (MSB) dan berakhir pada leastsignificant bit (LSB). Prinsip kerja sederhana konverter tipe ini adalah dengan membuat kemungkinan-kemungkinan yang berupa taksiran nilai digital terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan sehingga mendekati nilai input sebenarnya. SAR ADC banyak diaplikasikan dalam perangkat elektronik yang berfungsi untuk mengubah sinyal analog ke bentuk sinyal digital. Contoh aplikasi dalam makalah ini yaitu Detektor Level Zat Cair Sistem Tampilan Digital, Thermometer Digital dan Sensor Temperatur ADC 0804. Keuntungan dari teknik penghitungan model ini adalah waktu yang relatif cepat dengan konsumsi daya yang rendah dan memiliki ketelitian dan resolusi yang tinggi. Sedangkan kekurangan dari SAR ADC adalah memiliki rangkaian yang rumit, kecepatan dari SAR tidak dapat menandingi kecepatan flash, mahal dan biaya produksi tinggi.

26

PERANCANGAN SISTEM DIGITAL SAR ADC

DAFTAR PUSTAKA

Tocci, Ronald J, and Neal S. Widmer. Digital Systems Principles and Applications eight edition. New York : Prentice Hall. http://tutorial-elektronika.blogspot.com/2009/02/cara-kerja-analog-to-digitalconverter.html http://lecturer.eepisits.edu/~prima/elektronika %20digital/elektronika_digital2/petunjuk-praktikum/perc10-ADC.pdf http://www.thefreedictionary.com/Successive+Approximation+ADC http://sinyalku.com Analog to Digital Converter (ADC).htm http://en.wikipedia.org/wiki/Successive_approximation_ADC http://priyahitajuniarfan.wordpress.com/2010/06/09/adc-analog-to-digitalconverter/ Detektor-Level-Zat-Cair-Sistem-Digital.pdf http://www.alldatasheet.com

27