BAB01-Sistem Akuisisi Data

1. Sistem Akuisisi Data

1. Sistem Akuisisi Data

Sebuah

Sebuah Data-Acquisition System Data-Acquisition System (DAS)(DAS), secara aktual berupa, secara aktual berupa interfaceinterface antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Lingkungan analog antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Lingkungan analog meliputi transduser 

meliputi transduser  dandan  signal  signal conditioner conditioner   dengan segala kelengkapannya,  dengan segala kelengkapannya, sedangkan lingkungan digital meliputi

sedangkan lingkungan digital meliputi Analog to  Analog to Digital ConverterDigital Converter (ADC)(ADC) dan dan selanjutnya

selanjutnya digital processing digital processing   atau  atau command unit command unit   yang dilakukan oleh  yang dilakukan oleh mi

mikroprosesor kroprosesor atau atau sissistem berbasis mitem berbasis mikroprosesor.kroprosesor. Tujuan bab ini adalah mempelajari macam

Tujuan bab ini adalah mempelajari macam DASDAS,, dengan dengan titik titik beratberat  pada sis

 pada sistem dan eltem dan elemen penemen penyusun yusun daridariDASDAS yang berbasis mikroprosesor.yang berbasis mikroprosesor.

1.1. Struktur DAS 1.1. Struktur DAS

Struktur

Struktur Data  Data Acquisition Acquisition SystemSystem meliputi jumlah besaran fisik yangmeliputi jumlah besaran fisik yang akan diam

akan diambilbil, , variasi variasi kecepakecepatan perubahan tan perubahan , , sertserta a tujuan atau ftujuan atau fungsi ungsi daridari sistem.

sistem.

Berdasarkan strukturnya ada

Berdasarkan strukturnya ada beberapa macam :beberapa macam : 1.1.1. One Way DAS

1.1.1. One Way DAS Sistem dengan

Sistem dengan one-wayone-way mempunymempunyai ai strukstruktur tur yang yang sederhana. Sisederhana. Sistemstem dengan struktur

dengan struktur one-wayone-way  ini dapat berupa  ini dapat berupa open-loop  , dimana kegunaan atauopen-loop  , dimana kegunaan atau fungsi dari sistem ini terbatas hanya untuk pembacaan besaran fisik yang diukur fungsi dari sistem ini terbatas hanya untuk pembacaan besaran fisik yang diukur secara digital untuk selanjutnya ditampilkan pada display (LCD, CRT dan secara digital untuk selanjutnya ditampilkan pada display (LCD, CRT dan sebagainya) dan merekamnya sebagai

sebagainya) dan merekamnya sebagai off-line processing off-line processing  (berupa file pada disk (berupa file pada disk ) atau

) atau menmencetaknya pada printer.cetaknya pada printer. Jika sistem ini berupa

Jika sistem ini berupa closed loopclosed loop, hasil pembacaan digunakan untuk, hasil pembacaan digunakan untuk  pengontrolan

 besaran

 besaran pada pada levlevel el yanyang g ditentukan ditentukan atau atau secara secara sederhansederhana a dapat dapat dikatakandikatakan untuk meregulasi

untuk meregulasi suatu besaran tertsuatu besaran tertentu .entu .

heating heating program program uPuP heating heating control control  ADC  ADC   .   .        n        n ov

oven tempeen temperaturratur ee  A  A instrumentation instrumentation amplifier  amplifier  termocople termocople   error    error 

gambar 1.1 Closed-loop one-way DAS gambar 1.1 Closed-loop one-way DAS

Gambar 1.1 menunjukkan diagram blok sistem

Gambar 1.1 menunjukkan diagram blok sistem closed-loopclosed-loop  dengan  dengan struktur

struktur one-way DAS one-way DAS ..

1.1.2. Multikanal DAS 1.1.2. Multikanal DAS

Jika sejumlah besaran harus dibaca secara simultan maka

Jika sejumlah besaran harus dibaca secara simultan maka time divisontime divison multiplexing 

multiplexing   digunakan untuk mengontrol pembacaan input.  digunakan untuk mengontrol pembacaan input. MultiplekserMultiplekser adalah komponen yang tersusun dari sejumlah saklar analog yang mempunyai adalah komponen yang tersusun dari sejumlah saklar analog yang mempunyai output terhubung secara bersama membentuk output tunggal dan inputnya output terhubung secara bersama membentuk output tunggal dan inputnya menentukan jumlah input komponen tersebut.

menentukan jumlah input komponen tersebut.

Membuka atau menutupnya saklar dikontrol dengan

Membuka atau menutupnya saklar dikontrol dengan address channeladdress channel input 

channel 

channel   dapat mengontrol 2 kanal, dan n bit dapat mengontrol sejumlah 2  dapat mengontrol 2 kanal, dan n bit dapat mengontrol sejumlah 2nn kanal. kanal. signal signal conditioner  conditioner  signal signal conditioner  conditioner  channel channel 00 channel channel nn anaolque

anaolque multiplexer multiplexer 

S/H S/H  ADC  ADC S/H S/H   control

  control EOCEOC

  START   START microprocessor  microprocessor  system system n

n bit bit datadata

  channel   channel   addressing   addressing

Gambar 1.2 Multichannel DAS Gambar 1.2 Multichannel DAS

Multiplekser yang umum mempunyai 4, 8 atau 16 kanal. Sebuah Multiplekser yang umum mempunyai 4, 8 atau 16 kanal. Sebuah multiplekser 16 kanal mempunyai 16 kanal yang disimbulkan dengan kanal 0 multiplekser 16 kanal mempunyai 16 kanal yang disimbulkan dengan kanal 0 sampai dengan kanal 15. Pada gambar 1.2 ditunjukkan diagram blok multi sampai dengan kanal 15. Pada gambar 1.2 ditunjukkan diagram blok multi kanal DAS. Dalam konfigurasi seperti dalam gambar tersebut mikroprosesor kanal DAS. Dalam konfigurasi seperti dalam gambar tersebut mikroprosesor menghasil

menghasilkan kan ::



 sinyal kontrol untuk rangkaiansinyal kontrol untuk rangkaian sample-hold  sample-hold  

 sinyalsinyal start  start   untuk  untuk start  start   konversi ADC, akhir konversi ADC ditandai  konversi ADC, akhir konversi ADC ditandai

dengan keluarnya sinyal EOC, sinyal EOC ini sebagai indikasi data dengan keluarnya sinyal EOC, sinyal EOC ini sebagai indikasi data valid.

valid. sinyal

Dengan mensuplai sinyal-sinyal tersebut mikroprosesor

Dengan mensuplai sinyal-sinyal tersebut mikroprosesor

mengorganisasi dan mengontrol operasi dari komponen-komponen sistem. mengorganisasi dan mengontrol operasi dari komponen-komponen sistem.

Jika kita perhatikan diagram blok gambar 1.2, operasi

Jika kita perhatikan diagram blok gambar 1.2, operasi  sample-hold  sample-hold 

dilakukan oleh sebuah rangkaian

dilakukan oleh sebuah rangkaian  sample-hold  sample-hold   setelah multiplekser analog.  setelah multiplekser analog. Dengan konfigurasi seperti ini terdapat kelemahan pada sistem dengan struktur Dengan konfigurasi seperti ini terdapat kelemahan pada sistem dengan struktur ini, yakni tidak dapat melakukan pembacaan data lebih dari satu kanal dalam ini, yakni tidak dapat melakukan pembacaan data lebih dari satu kanal dalam waktu yang bersamaan, maksudnya dalam sekali operasi

waktu yang bersamaan, maksudnya dalam sekali operasi  sample-hold  sample-hold 

melakukan operasi pembacaan secara bergantian. melakukan operasi pembacaan secara bergantian.

1.1.3.

1.1.3. SSynchronous DAynchronous DA S S 

Seperti disebutkan di atas tentang keterbatasan pada struktur sistem Seperti disebutkan di atas tentang keterbatasan pada struktur sistem sebelumnya (

sebelumnya (multichannel DAS multichannel DAS ), adalah mungkin untuk memindahkan), adalah mungkin untuk memindahkan rangkaian

rangkaian  sample-hold  sample-hold   ke depan multiplekser analog pada masing-masing  ke depan multiplekser analog pada masing-masing input, sehingga dibutuhkan rangkaian

input, sehingga dibutuhkan rangkaian  sample-hold  sample-hold   sebanyak n buah sesuai  sebanyak n buah sesuai dengan jumlah input yang ada.

dengan jumlah input yang ada.

Diagram blok sistem dengan struktur ini ditunjukkan pada gambar 1.3 Diagram blok sistem dengan struktur ini ditunjukkan pada gambar 1.3 di bawah ini. Pada sistem seperti ini pengaturan input lebih baik karena dapat di bawah ini. Pada sistem seperti ini pengaturan input lebih baik karena dapat melakukan pembacaan dua input atau lebih selama rangkaian

melakukan pembacaan dua input atau lebih selama rangkaian  sample-hold  sample-hold 

dalam

dalam mode hold mode hold   .   . Hal iHal ini ni dapat dirasakan secara praktdapat dirasakan secara praktis is dalam dalam sinkronisasisinkronisasi antara kontrol S/H dan start konversi ADC.

signal signal conditioner  conditioner  signal signal conditioner  conditioner  channe channel l 00 channe channel l 33 anao

anaolqlq ue ue multiplmultipl exexer er 

 A  ADCDC S/H S/H   control   control microprocessor  microprocessor  system system n

n bit bit datadata

  channel   channel   addressing   addressing signal signal conitioner  conitioner  signal signal conditioner  conditioner  channe channel l 11 channe channel l 22 S/H S/H S/H S/H S/H S/H S/H S/H EOC EOC   START   START

Gambar 1.3. Synchronous DAS Gambar 1.3. Synchronous DAS 1.1.4.

1.1.4. FF asast Dt D ASAS

Seringkali kita menghadapi sejumlah sinyal dengan fluktuasi yang Seringkali kita menghadapi sejumlah sinyal dengan fluktuasi yang sangat cepat. Dalam menghadapi sinyal seperti ini, tidak hanya cukup sangat cepat. Dalam menghadapi sinyal seperti ini, tidak hanya cukup menggunakan

menggunakan multi channel multi channel DAS DAS dengan dengan menggunakan menggunakan ADC ADC yang yang serupaserupa dengan sistem sebelumnya, sejumlah FLASH ADC dengan rangkaian

dengan sistem sebelumnya, sejumlah FLASH ADC dengan rangkaian sample-  sample-hold 

S/H S/H channe channel l 00 Digital Mux Digital Mux microprocessor  microprocessor  system system n

n bit bit datadata

  channel   channel   addressing   addressing (2 (2 bit)bit) S/H S/H S/H S/H channe channel l 11 channe channel l 22 FAST FAST  ADC  ADC FAST FAST  ADC  ADC FAST FAST  ADC  ADC n bit data n bit data n bit data n bit data n bit data n bit data EO

EOCC    STARTSTART

S/H CONTROL S/H CONTROL START START EO EOCC Gambar

Gambar 1.4 1.4 Fast Fast DASDAS

Output

Output digital flashdigital flash  ADC di-multiplek dengan sebuah digital  ADC di-multiplek dengan sebuah digital multiplekser, dalam gambar 1.4 ditunjukkan tiga sinyal dengan fluktuasi yang multiplekser, dalam gambar 1.4 ditunjukkan tiga sinyal dengan fluktuasi yang sangat cepat diinputkan pada FLASH ADC melalui rangkaian

sangat cepat diinputkan pada FLASH ADC melalui rangkaian sample-hold  sample-hold , ke-, ke-12 bit data dari tiap-tiap FLASH ADC diinputkan pada multiplekser digital. 12 bit data dari tiap-tiap FLASH ADC diinputkan pada multiplekser digital.

Karena ADC yang diguanakan jenis FLASH ADC, dimana kelebihan Karena ADC yang diguanakan jenis FLASH ADC, dimana kelebihan dari jenis ini adalah waktu konversi yang sangat cepat, ditambah lagi dengan dari jenis ini adalah waktu konversi yang sangat cepat, ditambah lagi dengan konfigurasi struk 

konfigurasi struk tur ‘tur ‘ synchronous synchronous’ secara fisik dan pengontrolannya, maka’ secara fisik dan pengontrolannya, maka sistem ini dapat melakukan akuisisi data dengan lebih baik terhadap sistem ini dapat melakukan akuisisi data dengan lebih baik terhadap sinyal-sinyal dengan fluktuasi yang sangat cepat sekali.

sinyal dengan fluktuasi yang sangat cepat sekali. 1.2. Elemen-elemen Penunjang DAS

Sistem terdiri dari sejumlah elemen atau komponen yang saling Sistem terdiri dari sejumlah elemen atau komponen yang saling  berhub

 berhubungan satu dengan yungan satu dengan yang laiang lain meln melakukan suatu kerja sehakukan suatu kerja sehiningga tujuan ataugga tujuan atau fungsi sistem tercapai. Elemen-elemen

fungsi sistem tercapai. Elemen-elemen Data  Data Acquisition Acquisition SystemSystem , yang saling, yang saling  berhub

 berhubungan satu dengan ungan satu dengan yanyang laig lain adalan adalah sebagai h sebagai berikut :berikut :



 TransduserTransduser

Transduser adalah elemen yang berfungsi untuk merubah suatu besaran Transduser adalah elemen yang berfungsi untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik. Tranduser mengubah besaran mekanik menjadi fisik menjadi besaran listrik. Tranduser mengubah besaran mekanik menjadi  besaran l

 besaran listriistrik yang dapat berupa tegangan atau arus, tranduser suhu mk yang dapat berupa tegangan atau arus, tranduser suhu mengubahengubah  besaran

 besaran temperatur temperatur (derajat (derajat panas) panas) menjmenjadi adi besaran besaran lilistrik strik berupa berupa tegangantegangan atau arus. Dalam praktik banyak sekali contoh-contoh tranduser yang dipakai atau arus. Dalam praktik banyak sekali contoh-contoh tranduser yang dipakai dalam DAS, misalnya

dalam DAS, misalnya  Physically Displacement  Physically Displacement Transduser, Transduser, HumidityHumidity Transduser, Thermocouple, Accelerometer, Tachometer, Strain Gauge Transduser, Thermocouple, Accelerometer, Tachometer, Strain Gauge Transduser

Transduser dan sebagainya. Spesifikasi penting dari transduser adalahdan sebagainya. Spesifikasi penting dari transduser adalah kecepatan,

kecepatan, ketelitiketelitian dan an dan keandalkeandalan.an. 

 Operasional AmplifierOperasional Amplifier

Tegangan atau arus yang dihasilkan oleh transduser biasanya kecil. Tegangan atau arus yang dihasilkan oleh transduser biasanya kecil. Sedangkan komponen ADC yang digunakan dalam praktik bekerja pada skala Sedangkan komponen ADC yang digunakan dalam praktik bekerja pada skala  penuh

 penuh 0 0 s/d s/d 5 5 volt, volt, -5 -5 s/d s/d +5 +5 volt, volt, 0 0 s/d s/d 10 10 volt volt dan dan sebagaisebagainynya a tergantungtergantung mode input dan spesifikasi komponen yang dipakai. Oleh karena itu diperlukan mode input dan spesifikasi komponen yang dipakai. Oleh karena itu diperlukan

 signal

 signal conditioner conditioner , , yang yang memperlakukan memperlakukan sinysinyal al keluaran keluaran dari dari tratransdusernsduser cukup besar untuk diinputkan pada ADC. Rangkaian-rangkaian dengan cukup besar untuk diinputkan pada ADC. Rangkaian-rangkaian dengan menggunakan operasional amplifier merupakan bagian utama dari

menggunakan operasional amplifier merupakan bagian utama dari  signal signal conditioner 

conditioner .. 

Instrumentasi amplifier diperlukan bila data analog harus ditransmisikan Instrumentasi amplifier diperlukan bila data analog harus ditransmisikan melalui jarak yang cukup jauh dan juga untuk meredam interferensi. melalui jarak yang cukup jauh dan juga untuk meredam interferensi. Karakteristik penting dari instrumentasi amplifier adalah

Karakteristik penting dari instrumentasi amplifier adalah CMMRCMMR ((commoncommon mode rejection ratio

mode rejection ratio)) yang tinggi, impedansi input yang tinggi, dan gain yang yang tinggi, impedansi input yang tinggi, dan gain yang dapat diprogram.

dapat diprogram.



 IsolatorIsolator

 Isolation

 Isolation transformer, transformer, optical optical isolation, isolation, transformer transformer coupledcoupled

diperlukan sebagai

diperlukan sebagai pemisah pemisah antarantara suma sumber siber sinyal nyal dengan sidengan sistem data, stem data, untukuntuk isolasi dalam sistem digital digunakan

isolasi dalam sistem digital digunakan solid  solid state state opto-coupler opto-coupler   atau  atau  fiber fiber optic.

optic.



 Rangkaian fungsi analogRangkaian fungsi analog

Untuk fungsi-fungsi yang tetap , rangkaian analog lebih sederhana dan Untuk fungsi-fungsi yang tetap , rangkaian analog lebih sederhana dan lebih

lebih real timereal time, , dibandingkan dibandingkan pemroses dipemroses digital. gital. Fungsi-fungsi Fungsi-fungsi yang yang bisabisa diwujudkan

diwujudkan dengan dengan rangkaian rangkaian analog analog antarantara a lainlain multiplier, divider, adder,multiplier, divider, adder,  subtractor

 subtractor dan fungsi-fungsi non linier yang lainnya.dan fungsi-fungsi non linier yang lainnya.



 Multiplekser analogMultiplekser analog Jika si

Jika sinyal nyal analog analog yang harus diproses berasal dari yang harus diproses berasal dari banyak banyak sumber atausumber atau dari kanal komunikasi yang sama, melewati

dari kanal komunikasi yang sama, melewati  single  single converter converter   , sebuah  , sebuah multiplekser

multiplekser analog analog diperlukan diperlukan untuk untuk meng-kopmeng-kopel el dan dan mengatur mengatur sinysinyalal tersebut.

tersebut.



Rangkaian

Rangkaian  sample/hold  sample/hold   diperlukan karena dalam banyak hal sinyal  diperlukan karena dalam banyak hal sinyal analog

analog bervariasi bervariasi cukup cukup cepatcepat, , sementara sementara konversi konversi sinysinyal al dari dari analog analog keke digital mengambil selang waktu yang tertentu dan ADC tidak dapat digital mengambil selang waktu yang tertentu dan ADC tidak dapat men-digital-kan input analog dengan sangat segera, sehingga perubahan yang cukup digital-kan input analog dengan sangat segera, sehingga perubahan yang cukup  besar pada sin

 besar pada sinyal yal ininput selama proses put selama proses konversi konversi dapat mengakidapat mengakibatkan kesalbatkan kesalahanahan yang cukup besar.

yang cukup besar.



 Analog to Digital Converter (ADC)Analog to Digital Converter (ADC)

ADC melakukan konversi data analog menjadi data digital yang ADC melakukan konversi data analog menjadi data digital yang  bersesuai

 bersesuaian. an. SpesifSpesifikasi ikasi utama utama ADC ADC adalah adalah ketelitiketelitian an absolut absolut dan dan relatifrelatif,, linearitas, resolusi, kecepatan konversi, stabilitas,

linearitas, resolusi, kecepatan konversi, stabilitas, no-missing codeno-missing code  dan harga  dan harga komponen. Hal lai

komponen. Hal lain n yang yang berhubungan iberhubungan ialah alah batas tegangan input, batas tegangan input, outoutput kodeput kode digital, teknik

digital, teknik interfacing interfacing , multiplekser internal, pengkondisi sinyal dan, multiplekser internal, pengkondisi sinyal dan memori.

memori.



 Digital to Analog Digital to Analog ConverteConverter (DAC)r (DAC)

Data yang telah diolah mengalami pemrosesan, penyimpanan dan bahkan Data yang telah diolah mengalami pemrosesan, penyimpanan dan bahkan tra

transminsmisi si secara digital. Mengkonversikan kembali secara digital. Mengkonversikan kembali dari bentuk digidari bentuk digital menjtal menjadiadi analog dilakukan oleh DAC.

analog dilakukan oleh DAC.



 Prosesor data digitalProsesor data digital

Prosesor ini mengolah secara digital data hasil konversi ADC. Prosesor ini mengolah secara digital data hasil konversi ADC.



Untuk menghilangkan

Untuk menghilangkan noisenoise  yang ada, digunakan filter untuk  yang ada, digunakan filter untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi yang diinginkan dan menolak komponen melewatkan sinyal dengan frekuensi yang diinginkan dan menolak komponen frekuensi yang lain. Filter dapat diwujudkan secara

frekuensi yang lain. Filter dapat diwujudkan secara hardwarehardware  maupun  maupun

 software  software..

1.3. Operasi sample and hold 1.3. Operasi sample and hold

Penguat

Penguat  sample-hold  sample-hold  mempunymempunyai ai 4 4 komponen utama, komponen utama, yaitu yaitu inputinput

 buf

 buffer fer amplamplififier, ier, komponen penyimkomponen penyimpan pan energi berupa energi berupa ‘‘hold capacitor hold capacitor ’, output’, output

 buf

 buffer amfer ampliplififier dan rangkaier dan rangkaianan sw switching itching  seperti pada gambar 1.5 di bawah ini. seperti pada gambar 1.5 di bawah ini. Input Buffer amplifier mempunyai impedansi yang tinggi dan menghasilkan Input Buffer amplifier mempunyai impedansi yang tinggi dan menghasilkan  penguatan

 penguatan arus arus untuk untuk menmengisigisi hold capacitor hold capacitor   . Dalam  . Dalam mode track mode track ,, hold hold  capacitor 

capacitor  menentukan respon frekuensi dari penguat ini. Dalam modemenentukan respon frekuensi dari penguat ini. Dalam mode holdhold ,,

hold 

hold c c apacitor apacitor  menahan tegangan sebelum hubungan ke input buffer amplifier menahan tegangan sebelum hubungan ke input buffer amplifier dilepaskan. Output buffer amplifier memberikan impedansi yang tinggi pada dilepaskan. Output buffer amplifier memberikan impedansi yang tinggi pada

hold 

hold  capacitorcapacitor untuk menghindari tegangan yang adauntuk menghindari tegangan yang ada dischargedischarge  sebelum  sebelum waktunya. waktunya. switch switch ii inputinput buffer  buffer  amp amp output output buffer  buffer  amp amp   switching   switching circuit circuit analog input analog input control control hold hold capacitor  capacitor  analog output analog output

Gambar 1.5 Penguat sampel/hold Gambar 1.5 Penguat sampel/hold

1.3.1

1.3.1 SpesifikSpesifikasi Penguat asi Penguat SampleSample-Hold-Hold

Terdapat 4 spesifikasi yang menggambarkan karakteristik penguat

Terdapat 4 spesifikasi yang menggambarkan karakteristik penguat  sample-  sample-hold 

hold , yakni :, yakni :



 Mode TrackMode Track

Dalam mode operasi

Dalam mode operasi track track   atau  atau samplesample, penguat, penguat  sample-hold  sample-hold   adalah  adalah sebuah

sebuah penguat penguat dengandengan bandwidthbandwidth yang terbatas. Spesifikasi utama pada yang terbatas. Spesifikasi utama pada mode operasi

mode operasi track track  adalah : adalah :



 offsetoffset : menyatakan deviasi keluaran terhadap nol.: menyatakan deviasi keluaran terhadap nol. 

 non-linearitasnon-linearitas : menyatakan deviasi dari plot sinyal input-output : menyatakan deviasi dari plot sinyal input-output

ter

terhadap garis hadap garis lurus lurus yang yang seharusnya. seharusnya. Ini Ini biasanybiasanya a dinydinyatakatakanan dalam prosentase

dalam prosentase full-scale full-scale..



 gaingain : faktor pengali yang melambangkan : faktor pengali yang melambangkan transfer function inputtransfer function input - output 

- output  

 settling timesettling time  : waktu yang diperlukan oleh output untuk  : waktu yang diperlukan oleh output untuk

mencapai nilai akhirnya dalam daerah pecahan dari

mencapai nilai akhirnya dalam daerah pecahan dari  full-scale full-scale

yang tertentu bila dimasukkan input

yang tertentu bila dimasukkan input step  step analog full-analog full-scalescale..



 BandwidthBandwidth : : menggambarkan menggambarkan resporespon n frekuensi frekuensi dalamdalam

hubungannya dengan peredaman output pada frekuensi tinggi, hubungannya dengan peredaman output pada frekuensi tinggi,  bias

 biasanyanya dikarakteristia dikarakteristikkan pada -3 dB.kkan pada -3 dB.



 Transisi Track ke HoldTransisi Track ke Hold 

 waktu aperturewaktu aperture : : menymenyatakatakan an waktwaktu u yang yang diperlukan diperlukan untukuntuk

melepaskan hubungan

melepaskan hubungan hold capacitor hold capacitor  dari dari input input bufferbuffer amplifier.

+ FS + FS - FS - FS   ANALOG   ANALOG   INPUT   INPUT EFFECTIVE

EFFECTIVE APEAPERTURTU RERE DELAY

DELAY TIMETIME

  APERTURE   APERTURE   ERROR   ERROR   JITTER   JITTER   HOLD   HOLD   COMMAND   COMMAND   TRACK   TRACK HOLD HOLD   TRACK   TRACK SWITCH DELAY

SWITCH DELAY TIMETIME

  TRANSIENT   TRANSIENT   SETTLING   SETTLING TIME TIME   FEEDTHROUGH   FEEDTHROUGH Vpt P-P Vpt P-P + FS + FS - FS - FS  ANAL  ANALOGOG OUTPUT OUTPUT SLEW SLEW RATERATE

  TRANSIENT   TRANSIENT   AMPLITUDE   AMPLITUDE

DROP DROP RATERATE

 ACQUIS

 ACQUISITION TIMEITION TIME TO SPECIFIED TO SPECIFIED  ACCURACY  ACCURACY

Gambar 1.6 Kesalahan pada penguat sample/hold Gambar 1.6 Kesalahan pada penguat sample/hold

te te ta ta V HELD V HELD   ENCODE   ENCODE   (CONTROL)   (CONTROL)   SWITCH

  SWITCH tdetde

ANALOG ANALOG ININ VOLTAGE VOLTAGE ON HOLD ON HOLD CAPACITOR CAPACITOR tt

tda = ANALOG DELAY TIME tda = ANALOG DELAY TIME tde =

tde = CONTROL DECONTROL DELAYLAY ta

ta = APERTURE = APERTURE TIMTIM EE te

te = EFF= EFFECTIVE APERECTIVE APERTURETURE DELA

DELAY Y TIMETIME t

t = = tde tde + + ta/2 - ta/2 - tdatda

tda tda

Gambar 1.7



 offset sample ke holdoffset sample ke hold  : terjadi kesalahan step , karena nilai  : terjadi kesalahan step , karena nilai tegangan pada saat

tegangan pada saat hold hold   berbeda dengan nilai terakhir pada waktu  berbeda dengan nilai terakhir pada waktu sample.

sample. 

 Mode HoldMode Hold Selama mode

Selama mode hold hold   terdapat kesalahan akibat ketidaksempurnaan saklar,  terdapat kesalahan akibat ketidaksempurnaan saklar, output buffer amplifier dan

output buffer amplifier dan hold capacitor hold capacitor .. 

 droopdroop : konstanta hanyutan dari tegangan output karena: konstanta hanyutan dari tegangan output karena kebocoran muatan dari

kebocoran muatan dari hold capacitor hold capacitor .. 

 feedthroughfeedthrough : bagian dari sinyal input yang tampak pada output : bagian dari sinyal input yang tampak pada output saat

saat hold hold , , terterutama utama disebabkan disebabkan oleh oleh kapasitakapasitansi nsi pada pada saklar.saklar.



 Transisi dari Hold ke SampleTransisi dari Hold ke Sample 

 acquisition timeacquisition time : lama penguat : lama penguat sample-hold  sample-hold  harus tetap pada mode harus tetap pada mode

 sample

 sample agar agar hold capacitor hold capacitor  mendapatkan input mendapatkan input step full-scale step full-scale..

1.4. K

1.4. Konversonversi Analog ke Digitali Analog ke Digital

Proses konversi data analog menjadi data digital merupakan proses Proses konversi data analog menjadi data digital merupakan proses  penting

 penting dalam sistem dalam sistem akuisiakuisisi datsi data. a. Proses Proses konversi ini konversi ini dildilakukan akukan oleh oleh sebuahsebuah komponen yang dinamakan Analog to Digital Converter, selanjutnya dalam komponen yang dinamakan Analog to Digital Converter, selanjutnya dalam  buku

 buku inini i disidisingkat ngkat ADC. ADC. PemiPemililihan han komponen komponen sesuai sesuai dengan dengan kebutuhankebutuhan sangatlah penting dalam konversi analog ke digital.

sangatlah penting dalam konversi analog ke digital.

1.4.1. Jenis-jenis ADC 1.4.1. Jenis-jenis ADC

Terdapat beberapa jenis ADC yang dapat dibagi menjadi empat kelompok, Terdapat beberapa jenis ADC yang dapat dibagi menjadi empat kelompok,

dimana pemilihan ADC disesuaikan dengan penggunaan, yang di dalamnya dimana pemilihan ADC disesuaikan dengan penggunaan, yang di dalamnya diperhitungkan resolusi, waktu konversi dan ketelitian.

diperhitungkan resolusi, waktu konversi dan ketelitian.



 Successive ApproximationSuccessive Approximation Konverter analog ke digital jenis

Konverter analog ke digital jenis successive approximation successive approximation  atau pendekatan  atau pendekatan  berturut-t

 berturut-turut urut banybanyak ak digundigunakan akan khususnkhususnya ya untuk untuk interfinterfacing acing dengandengan komputer.

komputer.



 IntegrasiIntegrasi

Pada ADC jenis ini terdapat konversi yang tidak langsung, pertama konversi Pada ADC jenis ini terdapat konversi yang tidak langsung, pertama konversi sebagai fungsi waktu, kemudian dari fungsi waktu ke digital dengan sebagai fungsi waktu, kemudian dari fungsi waktu ke digital dengan menggunakan sebuah pencacah. Jenis ini seperti dual-ramp dan quad slope, menggunakan sebuah pencacah. Jenis ini seperti dual-ramp dan quad slope, sesuai untuk penggunaan yang memungkinkan konversi cukup lama. Jenis yang sesuai untuk penggunaan yang memungkinkan konversi cukup lama. Jenis yang lain adalah single ramp dan konversi tegangan ke frekuensi.

lain adalah single ramp dan konversi tegangan ke frekuensi.



 Pencacah dan ServoPencacah dan Servo

Pada konverter jenis ini waktu konversinya tergantung dari perubahan Pada konverter jenis ini waktu konversinya tergantung dari perubahan tegangan input. Input analog dibandingkan dengan output DAC dengan input tegangan input. Input analog dibandingkan dengan output DAC dengan input digital yang berasal dari pencacah. Variasi dari konverter ini adalah jenis servo digital yang berasal dari pencacah. Variasi dari konverter ini adalah jenis servo yang menggunakan pencacah naik turun.

yang menggunakan pencacah naik turun. 

 ParalelParalel

Konverter paralel atau

Konverter paralel atau flashflash  menggunakan 2  menggunakan 2nn - 1 komparator. Penggunaan- 1 komparator. Penggunaan konversi paralel memungkinkan kecepatan hanya dibatasi oleh waktu switching konversi paralel memungkinkan kecepatan hanya dibatasi oleh waktu switching dari komparator dan gate. Bila input berubah, kode output berubah segera dari komparator dan gate. Bila input berubah, kode output berubah segera sehingga konverter jenis ini merupakan yang tercepat. Namun jumlah elemen sehingga konverter jenis ini merupakan yang tercepat. Namun jumlah elemen

internal bertambah secara geometris dengan resolusi. internal bertambah secara geometris dengan resolusi.

+ + DA CONVERTER DA CONVERTER -  ANALOG   ANALOG   INPUT   INPUT   SIGNAL   SIGNAL SHIFT REGISTER, SHIFT REGISTER, CONTROL LOGIC, CONTROL LOGIC,  AND  AND OUTPUT REGISTER OUTPUT REGISTER   ANALOG   ANALOG   REFERENCE   REFERENCE CLOCK CLOCK SERIAL OUTPUT SERIAL OUTPUT CLOCK OUTPUT CLOCK OUTPUT STAT

STATUS US (BUS(BUS YY))

  START   START   CONVERSION   CONVERSION COMPARATOR COMPARATOR

Gambar 1.8 Diagram blok A/D successive approximation Gambar 1.8 Diagram blok A/D successive approximation

1.4.2.

1.4.2. ADC Successive ApproximADC Successive Approximationation

ADC

ADC Successive ApproximationSuccessive Approximation  mempunyai kelebihan-kelebihan antara lain  mempunyai kelebihan-kelebihan antara lain mudah untuk

mudah untuk interfacing interfacing   dengan komputer, waktu konversi tetap, kecepatan  dengan komputer, waktu konversi tetap, kecepatan konversi yang cukup tinggi dan memungkinkan untuk resolusi tinggi. Cara konversi yang cukup tinggi dan memungkinkan untuk resolusi tinggi. Cara kerja ADC jenis ini adalah sebagai berikut:

kerja ADC jenis ini adalah sebagai berikut: 

 Konversi dilakukan dengan cara membandingkan input yang tidak diketahuiKonversi dilakukan dengan cara membandingkan input yang tidak diketahui dengan sebuah tegangan atau arus presisi yang dibangkitkan oleh sebuah dengan sebuah tegangan atau arus presisi yang dibangkitkan oleh sebuah DAC, seperti terlihat pada gambar 1.8. Input dari DAC berasal dari output DAC, seperti terlihat pada gambar 1.8. Input dari DAC berasal dari output digital ADC. Pembandingan dilakukan bit demi bit mulai dari MSB. digital ADC. Pembandingan dilakukan bit demi bit mulai dari MSB. Sesudah

DAC dibandingkan dengan sinyal input. Bilamana input lebih besar dari DAC dibandingkan dengan sinyal input. Bilamana input lebih besar dari MSB tersebut, bit ini akan bernilai '1' dan bit berikutnya diuji. Bila input MSB tersebut, bit ini akan bernilai '1' dan bit berikutnya diuji. Bila input kurang dari MSB, bit tersebut akan bernilai '0', Bila bit kedua tidak dapat kurang dari MSB, bit tersebut akan bernilai '0', Bila bit kedua tidak dapat membuat output DAC lebih besar dari input analog bit ini akan diset '1', bit membuat output DAC lebih besar dari input analog bit ini akan diset '1', bit ketiga dites. Bila pemberian '1' pada bit kedua membuat output DAC kali ketiga dites. Bila pemberian '1' pada bit kedua membuat output DAC kali ini lebih besar dari input analog maka bit ini bernilai '0'. Proses ini ini lebih besar dari input analog maka bit ini bernilai '0'. Proses ini  berlan

 berlangsung secara terus-mengsung secara terus-menerus sampaerus sampai LSB.i LSB.

0

0 1/8 1/8 1/4 1/4 3/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 3/43/4

IDEAL TRANSFER FUNCTION IDEAL TRANSFER FUNCTION

000 000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 FS FS 0 0 1/8 1/8 1/4 1/4 3/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 3/4 3/4 7/8 7/8 1 1 D D II G G II T T  A  A L L O O U U T T P P U U T T 7/8 7/8 GAIN GAIN ERROR ERROR  A  ACTUALCTUAL TRANSFER TRANSFER FUNCTION FUNCTION

Gambar 1.9 Fungsi transfer ADC 3

0

0 1/8 1/8 1/4 1/4 3/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 3/43/4 IDEAL TRANSFER FUNCTION

IDEAL TRANSFER FUNCTION

000 000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 FS FS 0 0 1/8 1/8 1/4 1/4 3/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 3/4 3/4 7/8 7/8 1 1  A

 ANALOG NALOG INPUTINPUT D D II G G II T T  A  A L L O O U U T T P P U U T T 7/8 7/8 GAIN GAIN ERROR ERROR  ACTUA  ACTUALL TRANSFER TRANSFER FUNCTION FUNCTION

gambar 1.10 Kesalahan penguat

0 0 1/8 1/8 1/4 1/4 3/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 3/43/4 IDEAL TRANSFER IDEAL TRANSFER FUNCTION FUNCTION 000 000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 FS FS 0 0 1/8 1/8 1/4 1/4 3/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 3/4 3/4 7/8 7/8 1 1  A

 ANANALOG LOG INPUTINPUT D D I I G G I I T T  A  A L L O O U U T T P P U U T T 7/8 7/8  A  ACTUACTUALL TRANSFER TRANSFER FUNCTION FUNCTION Gambar 1.11

Gambar 1.11 Kesalahan offset Kesalahan offset ADC 3 bitADC 3 bit

Hal utama yang perlu diperhatikan pada ADC jenis ini adalah input Hal utama yang perlu diperhatikan pada ADC jenis ini adalah input analog tidak boleh berubah lebih dari 1 LSB selama konversi. Untuk mengatasi analog tidak boleh berubah lebih dari 1 LSB selama konversi. Untuk mengatasi hal ini pada sinyal input yang berubah dengan cepat digunakan penguat hal ini pada sinyal input yang berubah dengan cepat digunakan penguat

 sample-hold 

 sample-hold . Penguat ini dapat ditiadakan untuk sinyal-sinyal yang sangat. Penguat ini dapat ditiadakan untuk sinyal-sinyal yang sangat lambat atau sinyal DC.

lambat atau sinyal DC.

Ketelitian, linearitas, dan kecepatan ADC

Ketelitian, linearitas, dan kecepatan ADC  successive  successive approximationapproximation

terutama

terutama disebdisebabkan oleh sifabkan oleh sifat at DAC dan komparatoDAC dan komparator internal.r internal.

I.4.3 Spesifikasi ADC I.4.3 Spesifikasi ADC

Fungsi transfer untuk ADC 3 bit ideal diperlihatkan pada gambar 1.9. Fungsi transfer untuk ADC 3 bit ideal diperlihatkan pada gambar 1.9. Pada fungsi ini sinyal input analog pada sumbu horisontal dan output digital Pada fungsi ini sinyal input analog pada sumbu horisontal dan output digital  pada sumb

sebagai berikut : sebagai berikut :



 ResolusiResolusi

Menyatakan tegangan input yang dibutuhkan untuk menaikkan output Menyatakan tegangan input yang dibutuhkan untuk menaikkan output ADC antara suatu kode dengan kode berikutnya. Sebuah ADC dengan 12 bit ADC antara suatu kode dengan kode berikutnya. Sebuah ADC dengan 12 bit mempunyai resolusi 1/4096

mempunyai resolusi 1/4096 full scale full scale..



 KetelitianKetelitian

Menyatakan perbedaan antara input yang sebenarnya dengan output Menyatakan perbedaan antara input yang sebenarnya dengan output kode biner

kode biner full scale full scale..



 Kesalahan penguatanKesalahan penguatan

Menyatakan perbedaan kemiringan fungsi transfer ADC terhadap fungsi Menyatakan perbedaan kemiringan fungsi transfer ADC terhadap fungsi transfer ADC ideal.

transfer ADC ideal.



 Kesalahan offsetKesalahan offset

Seta

Setara dengan ra dengan nilnilai ai tegategangan ngan input Ainput ADC DC untuk memuntuk membuat buat nol nol kodekode output.

output.



 Non-linearitas differensial (DNL)Non-linearitas differensial (DNL)

Didefinisikan sebagai deviasi dalam lebar kode dari nilai 1 LSB. Didefinisikan sebagai deviasi dalam lebar kode dari nilai 1 LSB.



 Non-linearitas integral (INL)Non-linearitas integral (INL)

Adalah deviasi fungsi transfer dari garis lurus ideal. Adalah deviasi fungsi transfer dari garis lurus ideal.



 MonotonitasMonotonitas

Menyatakan ada atau tidaknya tanda (sign) kemiringan pada fungsi Menyatakan ada atau tidaknya tanda (sign) kemiringan pada fungsi transfer ADC.

transfer ADC.



 Waktu konversiWaktu konversi

Waktu yang diperlukan oleh ADC untuk membuat satu konversi. Waktu yang diperlukan oleh ADC untuk membuat satu konversi.