ADC (Analog to Digital Converter)

Sebuah Analog to Digital Converter (biasanya disingkat ADC, A/D atau A to D) adalah sebuah rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah sinyal kontinu (analog) menjadi keluaran diskrit/digital. ADC memiliki fungsi yang merupakan kebalikan dari yang dilakukan oleh sebuah digital-to-analog converter (DAC).
Umumnya, sebuah ADC adalah sebuah piranti elektronik yang mengubah sebuah tegangan menjadi sebuah bilangan digital biner. Bagaimanapun juga, beberapa piranti non-elektronik, seperti shaft encoders, dapat digolongkan sebagai ADCs.

Resolusi
Resolusi dari sebuah converter menunjukkan banyaknya nilai diskrit yang dapat dihasilkan pada skala tegangan tertentu. Resolusi biasanya dinyatakan dalam bit (binary digit). Sebagai contoh, sebuah ADC yang yang mengkodekan sebuah masukan analog menjadi salah satu dari 256 nilai diskrit mempunyai resolusi 8 bit karena

2^8 = 256.

Resolusi dapat juga dinyatakan secara elektrik dan dinyatakan dalam satuan volt. Resolusi tegangan dari sebuah ADC adalah sebanding dengan skala pengukuran keseluruhan dibagi dengan banyaknya nilai diskrit. Contoh:
* Contoh 1
o Jangkauan pengukuran skala penuh = 0 sampai 10 volts
o Resolusi ADC adalah 12 bit: 2^12 = 4096 level kuantisasi
o Resolusi tegangan ADC adalah: (10-0)/4096 = 0.00244 volt = 2.44 mV

* Contoh 2
o Jangkauan pengukuran skala penuh = -10 sampai +10 volt
o Resolusi ADC adalah 14 bit: 2^14 = 16384 level kuantisasi
o Resolusi tegangan ADC adalah: (10-(-10))/16384 = 20/16384
= 0.00122 volts = 1.22 mV

Sampling rate
Sinyal analog merupakan sinyal kontinyu dan perlu diubahnya menjadi sebuah sinyal digital. Untuk itu perlu untuk menentukan saat/waktu dimana sebuah nilai digital yang baru diambil dari sebuah sinyal analog. Saat dari pengambilan nilai baru ini disebut dengan sampling rate atau frekuensi sampling dari converter.
Karena secara praktis ADC tidak dapat membuat sebuah pengkonversian yang terus menerus, nilai masukan harus ditahan tetap selama waktu tertentu yaitu pada saat converter melakukan sebuah pengkonversian (atau disebut waktu konversi). Sebuah rangkaian masukan yang disebut rangkaian sample and hold melakukan tugasnya ( kebanyakan menggunakan kapasitor untuk menyimpan tegangan analog pada masukan dan menggunakan sebuah sakelar elektrik atau gate untuk memutuskan kapasitor dari masukan. Kebanyakan rangkaian ADC sudah terintegrasi dengan subsistem sample and hold secara internal.

Macam-macam ADC
Ada berbagai macam jenis ADC, diantaranya adalah:
* ADC pengkonversi langsung atau flash ADC mempunyai sebuah komparator untuk medekodekan masing masing range tegangan. Pengkonversian langsung memiliki kelebihan yaitu pengkonversian yang cepat, tetapi biasanya hanya diterapkan pada resolusi 8 bit (256 komparator) atau kurang, karena teknik pengkonversian ini membutuhkan rangkaian yang besar dan mahal.

Gambar 3.5 Gambar rangkaian Flash ADC

*        ADC tipe counter (ADC tipe digital ramp) menggunakan counter sebagai komponen utama untuk mengubah masukan analog menjadi keluaran digital. ADC ini akan mencacah mulai dari 0 sampai nilai yang setara dengan masukan analog. Hasil pencacahan ini diubah menjadi analog dengan DAC untuk dibandingkan dengan masukan analog. Pencacahan yang dilakukan oleh counter akan berhenti jika nilai pencacahan lebih besar dari masukan analog. Nilai hasil pencacahan yang terakhir ini merupakan hasil konversi  yang merupakan nilai setara masukan analog .

 

Gambar 3.6 Gambar rangkaian ADC tipe counter 

Gambar 3.8 Gambar contoh rangkaian ADC tipe counter

*       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 successive-approximation 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 least-significant bit.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.

Gambar 3.8Gambar rangkaian ADC tipe successive-approximation  

Gambar 3.9Metode pengkonversian ADC successive-approximation