Umum Konsep Dasar ADC Analog to Digital Converter

BAB II DASAR TEORI

2.1 Umum

Pada kebanyakan sistem, baik itu elektronik, finansial, maupun sosial sebagian besar masalahnya timbul dikarenakan interface sub-part yang berbeda. Karena sebagian besar sinyal yang dibangkitakan adalah sinyal analog, namun perangkat digital kita hanya bekerja pada sinyal-sinyal digital saja. Oleh karena itulah dibutuhkan suatu alat yang mengubah sinyal analog tersebut menjadi sinyal digital yaitu ADC analog to digital converter. Sebagian besar sinyal-sinyal untuk maksud praktis seperti sinyal suara, sinyal radar, sinyal sonar, dan berbagai sinyal komunikasi seperti audio dan visual adalah sinyal analog. Untuk memproses sinyal analog dengan alat digital, pertama-tama perlu mengkonversinya menjadi bentuk digital yaitu mengkonversi menjadi suatu deret angka yang mempunyai presisi terbatas yang dilambangkan dengan biner. Prosedur ini dinamakan konversi analog-ke-digital AD converter. Sebuah sinyal mengandung informasi tentang amplitudo, frekuensi dan sudut fasa. Pengolahan sinyal biasanya digunakan untuk mendapatkan informasi dari sebuah sinyal. Mendapatkan informasi dari sebuah sinyal menggunakan perangkat analog adalah rumit dan kurang akurat. Karena itu kita gunakan metode pengolahan yang lebih sederhana, fleksibel dan akurat, yaitu pengolahan sinyal digital analog to digital converter. Universitas Sumatera Utara Secara umum proses pengkonversian ini ada tiga langkah yaitu: a. Pencuplikan sampling b. Kuantisasi quantizing c. Pengkodean coding

2.2 Konsep Dasar Sinyal

Sinyal merupakan besaran fisis yang berisikan informasi dan merupakan fungsi waktu. Sinyal rentan terhadap interfrensi yang terjadi, baik dari dalam peralatan maupun dari luar. Dalam dunia elektronika telekomunikasi dikenal dua jenis sinyal, yaitu: 1. Sinyal analog 2. Sinyal digital. Kedua sinyal diatas mempunyai karakteristik tertentu, dan penggunaan kedua sinyal tersebut berbeda satu dengan yang lainnya, karena masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan sesuai dengan media transmisi dan jenis komunikasi yang dipakai.

2.2.1 Sinyal Analog

Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang yang kontinu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua parameter atau karakteristik terpenting yang dimiliki oleh sinyal analog adalah amplitudo dan frekuensi. Sinyal analog biasanya dinyatakan dengan gelombang sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk sinyal analog. Hal ini didasarkan kenyataan bahwa berdasarkan analisis fourier, suatu Universitas Sumatera Utara sinyal analog dapat diperoleh dari perpaduan sejumlah gelombang sinus. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh noise. Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki tiga variabel dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phasa [12]. 1. Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog. 2. Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik. 3. Phasa adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu. Adapun sinyal analog seperti yang digambarkan di bawah ini: Gambar 2.1 Sinyal Analog Pengolahan sinyal analog memanfaatkan komponen-komponen analog seperti: dioda, transistor, Op-Amp, dan lainnya.

2.2.2 Sinyal Digital

Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran “0” dan “1”. Sinyal Universitas Sumatera Utara digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu “0” dan “1”, sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau atau noise, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskrit. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada sinyal digital. Sebuah bit dapat berupa nol 0 atau satu 1. Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah. Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4, berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar buah [12]. Sistem digital merupakan bentuk sampling dari sistem analog. Sinyal digital pada dasarnya di kode-kan dalam bentuk biner atau Hexa. besarnya nilai suatu sinyal digital dibatasi oleh lebarnya atau jumlah bit bandwidth. Jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi sistem digital. Signal digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog yaitu : 1. Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi. 2. Penggunaan yang berulang – ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informsi itu sendiri. 3. Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk. 4. Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirimnya secara interaktif. Adapun sinyal digital seperti pada Gambar 2.2. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.2 Sinyal Digital Pengolahan sinyal digital memerlukan komponen-komponen digital seperti: register, counter, decoder, mikroprosessor, mikrokontroler dan sebagainya. Saat ini pengolahan sinyal banyak dilakukan secara digital, karena kelebihannya. Kelebihan sinyal digital antara lain : 1. untuk menyimpan hasil pengolahan, sinyal digital lebih mudah dibandingkan sinyal analog. Untuk menyimpan sinyal digital dapat menggunakan media digital seperti CD, DVD, Flash Disk, Hardisk. Sedangkan media penyimpanan sinyal analog adalah pita tape magnetik. 2. lebih kebal terhadap noise karena bekerja pada level ’0 ′ dan ’1′. 3. lebih kebal terhadap perubahan temperatur. 4. lebih mudah pemrosesannya. Sinyal digital inilah yang bisa dibaca oleh perangkat digital seperti: mikrokontroler, komputer, handphone, dan sebagainya. Agar sinyal analog dapat diolah oleh komputer, maka harus diubah terlebih dahulu menjadi sinyal digital. Universitas Sumatera Utara Cara pengubahan sinyal analog menjadi sinyal digital adalah dengan menggunakan perangkat ADC analog to digital converter.

2.3 Konsep Dasar ADC Analog to Digital Converter

Sebuah ADC Analog to Digital Converter berfungsi untuk mengkodekan tegangan sinyal analog waktu kontinu ke bentuk sederetan bit digital waktu diskrit sehingga sinyal tersebut dapat diolah oleh komputer atau DSP. Proses konversi tersebut dapat digambarkan sebagai proses 3 langkah seperti diilustrasikan pada Gambar 2.3 [2],[3]. bit biner sinyal analog sinyal diskrit sinyal terkuantisasi sinyal digital ... 1 1 quantizing sampling x a t xn x q n coding Gambar 2.3 Proses Konversi Analog ke Digital

1. Sampling pencuplikan

Merupakan konversi suatu sinyal analog waktu-kontinu, x a t, menjadi sinyal waktu-diskrit bernilai kontinu, xn, yang diperoleh dengan mengambil “cuplikan” sinyal waktu kontinu pada saat waktu diskrit. Secara matematis dapat ditulis [2] : x a t = x a t │ = x a nT = x a nf s ≡ xn 2.1 t = nT Universitas Sumatera Utara Dimana : T = interval pencuplikan detik f s = laju pencuplikan Hz = 1T n = bilangan bulat, - ∞ n ∞

2. Quantizing kuantisasi

Merupakan konversi sinyal waktu-diskrit bernilai-kontinu, xn, menjadi sinyal waktu-diskrit bernilai-diskrit, x q n. Nilai setiap waktu kontinu dikuantisasi atau dinilai dengan tegangan pembanding yang terdekat. Selisih antara cuplikan xn dan sinyal terkuantisasi x q n dinamakan error kuantisasi [2]. Tegangan sinyal input pada skala penuh dibagi menjadi 2 N tingkatan. Dimana N merupakan resolusi bit ADC jumlah kedudukan tegangan pembanding yang ada. Untuk N = 3 bit, maka daerah tegangan input pada skala penuh akan dibagi menjadi : 2 N = 2 3 = 8 tingkatan level tegangan pembanding [6].

3. Coding pengkodean

Setiap level tegangan pembanding dikodekan ke dalam barisan bit biner. Untuk N = 3 bit, maka level tegangan pembanding = 8 tingkatan. Kedelapan tingkatan tersebut dikodekan sebagai bit-bit 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111 [5].

2.4 Parameter ADC Analog to Digital Converter