Inilah Pengertian dari Analog Digital Converter (ADC)

Assalamu‘alaikum wr. wb.

Hello guys, Kembali lagi bersama Inzaghi's Blog! Jika sebelumnya sudah membahas Pengertian, Struktur dan Jenis-Jenis Mikrokontroler. Sekarang, kita akan membahas tentang Analog to Digital Converter.

Sumber Artikel Materi : Andalanelektro.id, Kelistrikanku.com, Kamuharustahu.com, dan Afandinat.blogspot.com

Jika Anda mempelajari elektronik hari ini, Anda pasti akan menemukan bab tentang Analog to Digital Converter atau ADC. Sebagian sobat mungkin sudah mengetahuinya, namun mungkin banyak dari kalian yang belum mengetahui komponen-komponen yang banyak digunakan pada perangkat elektronik ini.

Lebih baik untuk mendapatkan intinya segera daripada terlalu banyak detail. Pelajari lebih lanjut tentang apa itu Analog to Digital Converter, cara kerjanya, fungsinya, dan informasi lain yang dapat membantu Anda memahaminya. Atau bahkan berguna untuk penelitian saat ini.

A. Pengertian Analog Digital Converter (ADC)

Analog Digital Converter atau disingkat dengan ADC merupakan komponen elektronik yang memiliki peran untuk mengubah gelombang atau sinyal kontinyu menjadi sinyal digital. Bentukan dari komponen dapat berupa rangkaian atau berupa chip kecil yang lebih canggih. 

Jadi, ADC akan mengubah masukan yang masih berupa sinyal-sinyal analog dalam komponen tersebut, kemudian gelombang analog tersebut akan diubah menjadi kode-kode digital. Seperti yang sobat ketahui jika out-put berupa kode digital akan lebih mudah dipahami banyak orang jika dibandingkan dengan analog. 

Jika Anda baru mengenal ADC, Anda mungkin akrab dengan chip IC. Chip ini banyak digunakan pada smartphone karena memiliki fungsi yang sangat penting sebagai jembatan yang mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital.

Ada dua fitur utama ADC. Yaitu sample rate dan resolusi. Pada prinsipnya, laju pengambilan sampel mengacu pada spesifikasi yang menunjukkan jumlah konversi sinyal dalam ADC dalam rentang waktu tertentu.

Satuan yang digunakan biasanya sampel per detik. Prinsip resolusi mencirikan keakuratan Analog to Digital Converter. Akurasi yang dimaksud adalah akurasi konversi pada ADC.

Misalnya, membandingkan data ADC 8-bit dan data ADC 12-bit, data ADC 12-bit memiliki resolusi yang lebih tinggi. Ini karena ADC data 12-bit memiliki output data 12-bit dan dapat mewakili sinyal dengan 40 nilai diskrit.

Hasilnya jelas lebih teliti dari pada ADC 8 bit data. Berikut ini adalah rumus yang dapat sobat gunakan dalam ADC.

B. Konsep Dasar Analog Digital Converter (ADC)

Seperti yang telah disinggung sebelumnya, bahwa kita hidup di dunia analog. Dengan kata lain bahwa, semua variabel fisik di sekitar kita adalah sinyal-sinyal analog. 

Misalnya saja pergerakan matahari dan bulan, musik yang kita dengar, perubahan panas dan dingin, tingkat kelembapan dan tekanan dll. 

Variabel tersebut diamati dan diukur oleh sensor dan mengubahnya menjadi sinyal-sinyal listrik. sinyal ini  nilainya tidak pasti, alias dapat terukur pada range mana saja dibawah nilai maksimal sensornya.

Disisi lain, teknologi komputer mengolah informasi berupa sinyal-sinyal digital. Sinyal digital memiliki nilai yang pasti yaitu 0 dan 1 atau High dan Low. Maka, sinyal listrik dari sensor terlebih dulu harus diubah menjadi sinyal digital, agar dapat diolah oleh komputer.

Komputer atau perangkat kita memanfaatkan ADC untuk berinteraksi dengan dunia analog. Contohnya adalah Musik yang Anda dengarkan di Smartphone Anda adalah hasil pengolahan sinyal analog dari penyanyi asli yang dikonversi menjadi kode digital dalam format Audio.

Selanjutnya format audio digital  ini disimpan dalam memori, dan dapat dikonversi kembali menjadi sinyal analog yang Anda dengarkan pada Speaker HP kapan saja dan dimana saja.

Pengolahan sinyal analog menjadi sinyal digital memalui beberapa tahapan. Proses yang terjadi dalam ADC adalah :

1. Sampling

Sampling atau disebut juga pencuplikan adalah proses mengambil sebuah nilai pasti (diskrit) pada suatu data kontinyu dalam suatu titik tertentu dengan Periode yang tetap. Sampling mengambil sampel dari sinyal analog pada titik tertentu secara beraturan. 

Harry Nyquist dari Bell Laboratory mempelajari proses sampling dan membuat kriteria frekuensi sampling yang dikenal sebagai Teorema Nyquist atau Nyquist Sampling Rate. Dengan kriteria ini ditetapkan bahwa frekuensi sampling minimal adalah dua kali frekuensi masukan.

2. Quantization

Quantization atau kuantisasi adalah proses mengelompokkan data hasil sampling ke dalam kelompok-kelompok data. Dalam Matematika, kuantisasi adalah proses pemetaan nilai input seperti nilai pembulatan. 

Semua sistem digital memiliki jumlah bit dasar yang digunakan untuk mewakili data. Bit adalah unit dasar yang diwakili oleh 0 dan 1, data sampling dikelompokkan berdasarkan jumlah bit yang digunakan pada sistemnya. Kuantisasi mengelompokkan data sampel berdasarkan jumlah bit yang digunakan dalam sistem.

Misalnya, kuantisasi dalam sistem digital 2-bit. Dengan 2 bit, kita dapat mencapai 4 level kuantisasi yang berbeda yaitu 00, 01, 10, dan 11. Formula mencari level kuantisasi adalah 2ⁿ (2 pangkat n), dimana n adalah jumlah bit.

Contoh lainnya adalah kuantisasi dalam sistem digital 3bit maka level kuantisasinya adalah 8 level, yaitu 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111.  Hasil ini didapat dari formula 23 = 8 level. Hal yang sama berlaku untuk sistem 8bit, 10bit, 32bit dan 64bit. Formula ini juga bisa digunakan untuk menentukan Resolusi ADC.

3. Encoding

Encoding atau Pengkodean adalah proses mengubah besaran data sampling ke dalam bentuk digital biner berdasarkan level kuantisasi. Misalkan data kuantisasi 2bit, maka urutan sinyal sampling adalah satu dari empat level kuantisasi. 

Perhatikan gambar dibawah ini. Misalnya data sampling pertama dinamakan D1, data kedua D2 dst, maka jika D1 berada pada lebel kuantisasi 10 maka kode biner yang keluar adalah 10, dan D2 yang berada pada kuantisasi 11 akan menghasilkan data 11. Data ini mengikuti nilai pembulatan dari kuantisasi . Hal yang sama berlaku untuk data sampling berikutnya. 

Setelah Encoding, sinyal digital telah siap untuk diproses oleh processor sesuai dengan kebutuhannya.

C. Rumus pada Analog Digital Converter (ADC)

Jika kalian mempelajari ADC, Anda akan jauh dari kemampuan komputasi. Jadi Anda harus belajar sedikit demi sedikit, suka atau tidak suka. Untuk membantu Anda, berikut adalah beberapa formula yang harus Anda ketahui.

1. Rumus Ketelitian ADC

Keterangan :

• V_ref = Referensi Tegangan
• n = jumlah bit 

2. Rumus Nilai Output ADC

Keterangan :

• V_in = tegangan sinyal analog
• V_ref = referensi tegangan
• n = jumlah bit

Dari Kedua Rumus tersebut, kalian dapat menentukan banyak bentuk output yang ditunjukkan oleh ADC sesuai dengan kebutuhan. Dan inilah Rumus lainnya untuk mencari nilai Tegangan Referensi dan Step Size.

3. Tegangan Referensi dan Step Size

Tegangan Referensi adalah nilai teganga yang digunakan sebagai acuan untuk membandingkan input dengan input ADC. Tegangan ini dihubungkan dengan resolusi ADC yang akan mempengaruhi step size.

Step Size adalah perubahan nilai terkecil yang dapat dibaca oleh ADC. Akurasi dari step size ditetapkan dengan akurasi absolut kurang lebih 2LSB. Step size dihitung dengan formula : 

Keterangan :

• VRH = Tegangan referensi high ADC
• VRL = Tegangan Referensi rendah ADC
• b = Jumlah bit dalam sistem digital

D. Aplikasi dan Penerapan ADC dalam Kehidupan Sehari-hari

Adapun beberapa aplikasi dan penerapannya yang dapat kita ketahui, di antaranya :

• Perangkat Robotik
• Perangkat Telekomunikasi
• Perangkat Mobile Gaming
• Perangkat Audio dan Video
• Alat Medis dan Pencitraan Digital
• Alat ukur dan Instrumentasi Digital
• Berbagai Project mikrokontroler berbasis Sensor Analog
• Perangkat Elektronik seperti AC dengan Teknologi Inverter

Semoga saja Artikel ini sangat bermanfaat bagi para Mahasiswa Teknik Informatika dan Teknik Elektro.

Terima Kasih 😄😘👌👍 :)

Wassalammu‘alaikum wr. wb.