ADC ( Analog to Digital Converter)

Sebuah ADC (Analog to Digital Converter, A/D atau A to D) adalah sebuah rangkaian elektronik yang berfungsi mengubah sinyal masukan yang kontinyu (analog) menjadi keluaran diskrit/digital. ADC memiliki fungsi kebalikan dari yang dilakukan oleh sebuah digital-to-analog converter (DAC).
Umumnya, sebuah ADC merupakan piranti elektronika yang mengubah sebuah tegangan menjadi sebuah bilangan digital biner.

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

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 I:
   Jangkauan pengukuran skala penuh = 0 sampai 10 volts
   Resolusi ADC adalah 12 bit:

                                                                2^12 = 4096 level kuantisasi
   Resolusi tegangan ADC sebagai berikut: 

                                                                (10-0)/4096 = 0,00244 volt = 2,44 mV

 Contoh II:
   Jangkauan pengukuran skala penuh = -10 sampai +10 volt  

   Resolusi ADC adalah 14 bit: 

                                                       2^14 = 16384 level kuantisasi

   Resolusi tegangan ADC adalah: 

                                                      (10-(-10))/16384 = 20/16384
                                                                                  = 0,00122 volts = 1,22 mV
Sampling rate
Sinyal analog merupakan sinyal kontinyu dan harus diubah menjadi sebuah sinyal digital. Untuk itu perlu menentukan saat atau 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 sampel dan hold melakukan tugasnya ( umumnya 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 sampel dan hold secara internal.

Jenis-jenis ADC
Ada berbagai jenis ADC, diantaranya adalah:

1. 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.
2. 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 .
3. 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.

Menurut cara mengkonversinya

ADC dikelompokkan ke dalam beberapa jenis yaitu :

1. Tipe Integrating. Tipe Integrating menawarkan resolusi tertinggi dengan biaya terendah. ADC tipe ini tidak dibutuhkan rangkaian sample hold. Tipe ini memiliki kelemahan yaitu waktu konversi yang agak lama, biasanya beberapa milidetik.
2. Tipe Tracking. Tipe tracking menggunakan prinsip up down counter (pencacah naik dan turun). Binary counter (pencacah biner) akan mendapat masukan clock secara kontinyu dan hitungan akan bertambah atau berkurang tergantung pada kontrol dari pencacah apakah sedang naik (up counter) atau sedang turun (down counter). ADC tipe ini tidak menguntungkan jika dipakai pada sistem yang memerlukan waktu konversi masukan keluaran singkat, sekalipun pada bagian masukan pada tipe ini tidak memerlukan rangkaian sample hold. ADC tipe ini sangat tergantung pada kecepatan clock pencacah, semakin tinggi nilai clock yang digunakan, maka proses konversi akan semakin singkat.
3. Tipe flash / paralel. Tipe ini dapat menunjukkan konversi secara lengkap pada kecepatan 100 MHz dengan rangkaian kerja yang sederhana. Sederetan tahanan mengatur masukan inverting dari tiap-tiap konverter menuju tegangan yang lebih tinggi dari konverter sebelumnya, jadi untuk tegangan masukan Vin, dengan full scale range, komparator dengan bias dibawah Vin akan mempunyai keluaran rendah. Keluaran komparator ini tidak dalam bentuk biner murni. Suatu dekoder dibutuhkan untuk membentuk suatu keluaran yang biner. Beberapa komparator berkecepatan tinggi, dengan waktu tunda (delay) kurang dari 6 ns banyak digunakan, karena itu dihasilkan kecepatan konversi yang sangat tinggi. Jumlah komparator yang dibutuhkan untuk suatu konversi n bit adalah 2^n – 1.
4. Tipe successive approximation. Tipe successive approximation merupakan suatu konverter yang paling sering ditemui dalam desain perangkat keras yang menggunakan ADC. Tipe ini memiliki kecepatan konversi yang cukup tinggi, meskipun dari segi harga relatif mahal. Prinsip kerja konverter tipe ini adalah, dengan membangkitkan pertanyaan-pertanyaan yang pada intinya berupa tebakan nilai digital terhadap nilai tegangan analog yang dikonversikan. Apabila resolusi ADC tipe ini adalah 2^n maka diperlukan maksimal n kali tebakan (Tirtamihardja, 1996).