ADC Analog to Digital Converter Jenis Flash

ADC adalah istilah untuk rangkaian pengubah input sinyal analog (sinyal kontinyu) menjadi sinyal output digital (sinyal distrik). Umumnya sinyal analog dalam kehidupan sehari-hari dapat dijumpai berupa suhu, kecepatan, kelembagaan, dan sebagainya. Sinyal digital yang dihasilkan berupa bilangan biner, yaitu hanya terdiri dari logika 1 dan 0. Besaran analog yang dimasukkan diubah menjadi besaran listrik (nilai tegangan atau arus) dalam rangkaian ADC untuk diubah menjadi sinyal digital. Proses konversi ADC ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 1. Proses Konversi ADC

Berdasarkan konversinya ADC memiliki beberapa jenis antara lain ADC jenis Ramp (Digital Ramp), Flash, SAR (Successive-Approximation). Karena keterbatasan ketersediaan komponen dipasar dan berdasarkan waktu konversinya, maka pada modul 3 ini hanya akan membahas 2 jenis konverter ADC yaitu flash dan SAR. ADC jenis flash akan dibahas lebih menyeluruh pada kegiatan pembelajaran 3 dan ADC jenis SAR akan di bahas pada psotingan selanjutnya

ADC Flash dapat disebut sebagai paralel ADC karena proses konversi dilakukan secara langsung. ADC tipe flash merupakan jenis ADC yang memiliki waktu tercepat dalam mengubah sinyal analog ke digital. Hal ini disebabkan ADC flash memiliki jumlah input 2n – 1 dari bit outputnya. Contohnya pada aplikasi 4 bit, input ADC yang dibutuhkan adalah 24 – 1 atau 15 komparator. Sehingga untuk menaikkan resolusi menjadi lebih tinggi dibutuhkan komparator sangat banyak yang berakibat harga semakin mahal dan konsumsi. Perhatikan gambar 2. yang menunjukkan rangkaian ADC Flash 3 bit.

Gambar 2. Rangkaian ADC Flash 3 Bit

    Vin(-) untuk (C7) komparator paling atas = Vref x 7/8 = 8 x 0,875 = 7V
   Vin(-) untuk (C6) = Vref x 6/8 = 8 x 0,75 = 6V
   Vin(-) untuk (C5) = Vref x 5/8 = 8 x 0,625 = 5V
   Vin(-) untuk (C4) = Vref x 4/8 = 8 x 0,5 = 4V
   Vin(-) untuk (C3) = Vref x 3/8 = 8 x 0,375 = 3V

Vin(-) untuk (C2) = Vref x 2/8 = 8 x 0,25 = 2V
Vin(-) untuk (C1) komparator paling bawah = Vref x 1/8 = 8 x 0,125 = 1V

Dari hasil perhitungan setiap Vin(-) akan menentukan hasil output ADC. Jika Vin(+) diberi 4,7V maka output yang dihasilkan adalah 1002 (410). Dan jika tegangan input diberi 4,7V dapat dipresentasikan C7=0, C6=0, C5=0, C4=1, C3=1, C2=1, C1=1, sehingga didapatkan output ADC adalah 100.
Waktu yang dibutuhkan rangkaian untuk mengkonversi menjadi nilai digital sangat cepat. Hampir tidak ada waktu tunda karena begitu input analog dimasukkan maka output ADC langsung berubah. Output setiap hasil komparator akan dijadikan sebagai input encoder untuk diterjemahkan menjadi bilangan biner sehingga menghasilkan output digital. Perhatikan rangkaian encoder dengan data output aktif high pada gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian Encoder Data Output Aktif High

Input analog (Vin) sama dengan selisih antara tegangan yang dihubungkan dengan ke dua pin input yaitu Vin = Vin(+) – Vin(-). Sehingga dalam operasi normal, ADC flash menggunakan Vref yang sama nilainya dengan Vcc untuk menjangkau input analog mulai dari 0V sampai input skala penuh (nilai Vcc). Penentuan resolusi dinyatakan dengan rumus berikut.

Pada percobaan postingan ini akan menggunakan rangkaian ADC jenis Flash 4 bit. Rangkaian ADC flash 4 bit dibangun dengan menggunakan IC komparator 324 dan IC encoder 74148, sedangkan catu daya rangkaian menggunakan Vcc +5V dan Vref +5V (tegangan skala penuh). Karena pada rangkaian ADC Flash ini dirancang dengan output 4 bit, maka memiliki rentang skala 16. Sehingga resolusi yang didapatkan adalah sebagai berikut.

Jika resolusi diperoleh dengan hasil 0,33V maka setiap Vin(-)¬ komparator bernilai kelipatan 0,33V. Maka setiap Vin(-) komparator diperoleh sebagai berikut:
   Vin(-) untuk komparator 1 = Vref x 0,33V/5 = 5 x 0,066 = 0,33V
   Vin(-) untuk komparator 2 = Vref x 0,66V/5 = 5 x 0,132 = 0,66V
   Vin(-) untuk komparator 3 = Vref x 0,99V/5 = 5 x 0,198 = 0,99V
   Vin(-) untuk komparator 4 = Vref x 1,32V/5 = 5 x 0,264 = 1,32V
   Vin(-) untuk komparator 5 = Vref x 1,65V/5 = 5 x 0,33 = 1,65V
   Vin(-) untuk komparator 6 = Vref x 1,98V/5 = 5 x 0,396 = 1,98V
   Vin(-) untuk komparator 7 = Vref x 2,31V/5 = 5 x 0,462 = 2,31V
   Vin(-) untuk komparator 8 = Vref x 2,64V/5 = 5 x 0,528 = 2,64V
   Vin(-) untuk komparator 9 = Vref x 2,97V/5 = 5 x 0,594 = 2,97V
   Vin(-) untuk komparator 10 = Vref x 3,3V/5 = 5 x 0,66 = 3,3V
   Vin(-) untuk komparator 11 = Vref x 3,63V/5 = 5 x 0,726 = 3,63V
   Vin(-) untuk komparator 12 = Vref x 3,96V/5 = 5 x 0,792 = 3,96V
   Vin(-) untuk komparator 13 = Vref x 4,29V/5 = 5 x 0,858 = 4,29V
   Vin(-) untuk komparator 14 = Vref x 4,62V/5 = 5 x 0,924 = 4,62V
   Vin(-) untuk komparator 15 = Vref x 4,95V/5 = 5 x 0,99 = 4,95V

Jika tegangan input diberi masukkan sebesar 1,7V maka output ADC adalah 1001. Perhatikan tabel representasi konversi bit digital ADC Flash pada tabel 1.