PENUKAR E2002/5/

Objektif am:

Pelajar dapat mempelajari konsep-konsep asas, jenis-jenis penukar analog ke digital dan penukar digital ke analog dan kegunaan.

Objektif khusus:

Selepas mempelajari unit ini, pelajar dapat:-

2

UNIT 5Rajah 4.2.2(a) : Litar skematik DAC asas 4-bit

PENUKARContoh: Injap

OBJEKTIF

Menerang kegunaan penukar digital ke analog dan penukar analog ke digital sebagai antaramuka diantara sistem analog dan sistem digital.

Melakar rajah blok dan litar penukar digital ke analog dan penukar analog ke digital.

Menulis ungkapan am keluaran bagi penukar digital ke analog dan penukar analog ke digital.

Menerangkan dan membandingkan kebaikan litar penukar digital ke analog R/2R dengan litar penukar digital ke analog beberat binari.

Mengetahui dan membezakan spesifikasi yang ditetapkan oleh pengeluar bagi penukar digital ke analog dan penukar analog ke digital.

Mentakrifkan resolusi, ketepatan, ralat offset, masa penetapan dan monotonik bagi penukar digital ke analog.

Mentakrifkan resolusi, ketepatan dan masa penukaran bagi penukar analog ke digital.

Melukis litar penukar penghampiran berturutan dan penukar tanjakan digital.

Menerangkan perbezaan antara penukar analog ke digital jenis tanjakan digital dan penghampiran berturutan.

PENUKAR E2002/5/

5.1 PENGENALAN

Pernahkah anda mengguna meter pelbagai analog dan digital? Sebagai seorang pelajar yang mengambil kursus elektrik tentunya anda pernah menggunakan kedua-dua meter pelbagai ini. Dari penglihatan anda apa yang boleh anda bezakan diantara kedua-dua jenis paparan ini. Sudah tentu anda akan menjawab bahawa paparan pada meter digital lebih tepat dari bacaan penunjuk meter pelbagai analog anda. Perbezaan lain diantara isyarat analog dan digital ialah isyarat analog mempunyai hingar yang lebih. Isyarat analog adalah boleh diukur pada suatu masa yang dikehendaki yakni ianya selanjar, jika ianya dibandingkan dengan isyarat digital yang bertukar selangkah demi selangkah (diskrit). Isyarat digital juga mempunyai kaitan rapat dengan nombor binari. Anda boleh melihat contoh kedua-dua bentuk isyarat ini pada rajah 5.1.

Di dalam perkembangan sains dan teknologi, semua maklumat yang hendak diproses mesti tepat dan cepat. Oleh kerana semua maklumat disekeliling

3

Rajah 5.1 : Perbezaan isyarat digital dan analog

Isyarat digital Isyarat analog

INPUTINPUT

PENGERAK(e.g. Injap)

kuantiti fizikal

Keluaran analogKeluaran digital

TRANSDUSER

SISTEM DIGITAL(eg. komputer) DAC.

.

.

.

.

.

masukan analog

Rajah 5.2 : Penggunaan ADC Dan DAC Sebagai Antaramuka Diantara Komputer Dengan Dunia Analog

Pengawalan kuantiti fizikal

ADC

masukan digital

PENUKAR E2002/5/

kita adalah selanjar maka suatu litar yang berupaya menukarkan isyarat analog kebentuk digital diperlukan.

Litar yang berupaya menukarkan isyarat analog ke isyarat digital ialah Penukar analog ke digital (ADC - Analog-to-Digital Converter). Penukar digital ke analog (DAC - Digital-to-Analog Converter) pula digunakan bagi menukar isyarat digital ke analog.

Kebanyakan angkubah-angkubah fizikal di alam ini adalah dalam bentuk isyarat analog iaitu isyarat yang boleh diukur pada sesuatu had yang selanjar bagi nilai-nilai isyarat tersebut. Contoh-contoh isyarat ini ialah suhu, tekanan, kadar aliran dan lain-lain.

Jika sesuatu isyarat analog dijadikan masukan kepada sesuatu sistem digital atau sebaliknya, suatu peranti antaramuka seperti penukar analog kedigital (ADC) dan penukar digital ke analog adalah perlu digunakan.

Rajah 5.2 adalah suatu contoh yang anda dapat lihat dimana penukar analog ke digital (ADC) dan penukar digital ke analog (DAC) berfungsi sebagai antaramuka diantara sistem digital dan sistem analog. Rajah ini juga menunjukkan lima elemen yang terlibat secara langsung apabila komputer digunakan untuk mengawal sesuatu pembolehubah fizikal. Sekarang kita akan melihat fungsi ke lima-lima elemen ini.

a) Transduser

Satu alat yang menukar satu bentuk tenaga kebentuk tenaga yang lain. Transduser elektrik menukar suatu isyarat fizikal ke isyarat elektrik. Contohnya termistor ( suhu ke elektrik (mV)), tolok terikan (tekanan ke

4

PENUKAR E2002/5/

rintangan) dan lain-lain. Keluaran dari transducer adalah arus atau voltan analog yang berkadar terus dengan pembolehubah fizikal.

b)ADC (Analog to Digital Converter)

Isyarat keluaran transducer (analog) adalah masukan bagi ADC. ADC menukar isyarat analog ke isyarat digital. Keluaran digital ini mengandungi bit-bit nombor yang mewakili nilai bagi masukan analog. Contoh: ADC menukar nilai 800 - 1500 mV dari transducer ke nilai binari yang nilainya berjulat dari 010100002 (8010) ke 100101102 (15010).

c) Komputer

Isyarat keluaran dari ADC dihantarkan ke komputer, dimana ia memproses nilai masukan digital merujuk kepada arahan aturcara yang sedang dilaksanakannya. Aturcara tersebut melakukan operasi pengiraan atau operasi-operasi lain.

d)DAC (Digital to Analog Converter)

Isyarat keluaran dari komputer disambungkan ke DAC, dimana DAC menukarkan isyarat ini kebentuk arus atau voltan analog. Contoh : Komputer mengeluar isyarat keluaran digital berjulat 00000000 ke 11111111, di mana DAC menukarkannya ke voltan berjulat 0 ke 10V.

e) Pengerak (Actuator)

Isyarat analog dari penukar digital ke analog (DAC) disambungkan ke peranti atau litar yang bertindak sebagai pengerak yang mengawal pembolehubah fizikal. Kalau pembolehubah ini ialah suhu air, pengerak ini mungkin terdiri dari sebuah injap (kawalan elektrik) yang mengatur aliran air panas ke tangki berdasarkan voltan analog dari penukar digital ke analog (DAC). Kadar aliran ini berkadar terus dengan isyarat analog, dengan 0 volt sebagai tiada aliran dan 10 volt adalah kadar aliran maksima. Penukar analog ke digital (ADC) dan penukar digital ke analog (DAC) bertindak sebagai antaramuka (interface) diantara sistem digital dan analog. Fungsi ini menjadi semakin penting dengan adanya mikrokomputer yang murah dalam bidang kawalan proses.

5

PENUKAR E2002/5/

5.2 PENUKAR DIGITAL KE ANALOG (DAC)

Sekarang kita akan membincang dengan lebih terperinci tentang litar penukar digital ke analog atau untuk menyenangkan perbincangan kita untuk penukar digital ke analog kita akan menggunakan singkatan DAC dan untuk penukar analog ke digital pula kita akan menggunakan singkatan ADC. Fungsi DAC ialah menukar sesuatu masukan digital ke keluaran analog, anda boleh melihat rajah blok DAC seperti yang ditunjukkan pada rajah 5.3.

5.2.1Rajah Blok Penukar Digital Ke Analog

Rajah 5.4 menunjukkan rajah blok DAC yang mengandungi litar rangkaian perintang dan penguat penjumlah. Anda akan mempelajari

6

Keluaran analogMasukan digital

A

B

C

D

DAC 4-bit V

1s2s4s8s

Rajah 5.3: Rajah Blok Bagi DAC

DAC

ABCD

Rangkaian perintang

1s2s4s8s

Rajah 5.4: Rajah Blok Bagi DAC, Menunjukkan Rangkaian Perintang Dan Penguat Penjumlah

Penguat Penjumlah

VoutV

0ut

PENUKAR E2002/5/

dua jenis litar DAC, dimana ianya mempunyai perbezaan pada litar rangkaian perintang.

a) Rangkaian perintang (Resistor network)

Litar ini terdiri dari suis-suis dan perintang-perintang. Masukan binari atau digital adalah suis yang dilabelkan dengan 20, 21 dan seterusnya. Dua jenis litar rangkaian perintang yang akan anda pelajari, yang pertama ialah rangkaian perintang pemberat binari dimana nilai perintang mengikut pemberatan nombor binari. Rangkaian perintang yang kedua ialah R/2R, dimana nilai perintang-perintang yang digunakan ialah R dan 2R sahaja.

b) Penguat penjumlah (Summing Amplier)

Terdiri dari penguat kendalian (op-amp) yang direka supaya litarnya beroperasi sebagai penguat penjumlah. Menghasilkan jumlah pemberatan bagi voltan-voltan masukan dimana keluarannya adalah voltan atau arus analog yang dapat diukur oleh meter.

5.2.2Litar Skematik Penukar Digital Ke Analog

a) Perintang Pemberat Binari

Litar pada rajah 5.5 adalah litar penukar digital ke analog jenis perintang pemberat binari 4-bit. Kita boleh mengira nilai-nilai perintang tersebut dengan menggunakan pemberatan nombor binari. Contohnya;Merujuk pada rajah 5.5, nilai perintang yang paling tinggi nilainya (150K = R 1) ialah merupakan perintang masukan digital, bit yang paling kecil (least significant bit), dan nilai-nilai perintang yang lain ialah;

R2 = 111

2

150K

2

R= = 75kΩ,⇒ Bit ke 21

7

PENUKAR E2002/5/

3

31

4

222

13

2keBit18.75k8

150K

2

RR

2keBit,37.5k4

150K

2

150K

2

RR

⇒Ω===

⇒Ω====

Sekarang kita akan analisa litar untuk dapatkan keluaran, Vout

bagi beberapa masukan digital.

i. Masukan binari = 0001.

R1 = 150K, RF = 20K, ∴Gandaan voltan (AV) =

0.133150K

20K

R

R

1

F ==

Vout = Vref X AV = 3 X 0.133 = 0.4V

ii. Masukan binari = 0110

R2 = 75K, R3 = 37.5K, ∴RT = (R2 selari degan R3) = 25K

∴ AV = 20K/25K = 0.8, Vout = Vref X AV = 3 X 0.8 = 2.4V

ATAU

8

20K

RF

18.7K 150K37.5K 75K

R4

R3

R2

R1

3V

ABCD

VVV

OU

T

-

+V

ou

t

Rajah 5.5: Litar Penukar Digital Ke Analog Jenis Beberat Binari

-

+V

out

PENUKAR E2002/5/

RIN = 1234 R

1

R

1

R

1

R

11

+++ dan Vout = Vref RF RIN, Vout dapat

dicari dengan menggantikan dengan nilai RIN iaitu jumlah jumlah rintangan ketika masukan binari tertentu.

Secara ringkasnya kita dapat melihat keluaran yang terhasil adalah seperti ditunjukkan pada jadual 5.1.

Jadual 5.1

Bil. Desimal

Masukan binariVout (V)

D C B A

0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 0.42 0 0 1 0 0.83 0 0 1 1 1.24 0 1 0 0 1.65 0 1 0 1 2.06 0 1 1 0 2.47 0 1 1 1 2.88 1 0 0 0 3.29 1 0 0 1 3.6

10 1 0 1 0 4.011 1 0 1 1 4.412 1 1 0 0 4.813 1 1 0 1 5.214 1 1 1 0 5.615 1 1 1 1 6.0

b) R-2R

Litar ini berbeza dengan litar DAC perintang beberat binari (rajah 5.5) kerana ianya hanya menggunakan dua nilai perintang, iaitu R dan 2R. Keburukan yang dapat kita lihat pada litar rajah 5.3.2(a) ialah terlalu banyak perintang yang perlu disediakan. Contohnya, jika DAC 12 bit dengan nilai perintang

MSB (bit yang paling besar)nya ialah 1KΩ maka perintang

LSBnya akan melebihi 2MΩ. Dengan teknologi fabrikasi litar

terkamil, adalah rumit untuk menghasilkan rintangan yang mempunyai nilai-nilai julat terlalu besar dengan nilai arus yang kecil dan boleh tetapkan nisbah yang tepat dalam suhu yang

9

PENUKAR E2002/5/

pelbagai. Oleh sebab itulah litar DAC R/2R kerap digunakan bagi mendapatkan ketepatan dan kejituan yang tinggi.

Litar rajah 5.6 adalah contoh litar DAC 2-bit R/2R. Sekarang mari kita analisa litar dan dapatkan persamaan am bagi keluaran, Vout.

Suis A adalah suis masukan LSB dan suis B adalah suis masukan MSB.

Kitakan akan mencari persamaan keluaran bagi kesemua keadaan masukan.

Salah satu kaedah menganalisa litar ini ialah dengan mencari resolusi bagi litar ini. Resolusi [resolusi dan skil-penuh anda akan pelajari pada topik spesifikasi DAC] bagi litar ini ialah ialah Vref/3 iaitu dengan mensetkan masukan 012 =110. Keluaran skil penuh bagi litar ialah dengan mensetkan masukan 112 = 310

akan menghasilkan Vout = refref V33

V=× . Maka ungkapan am

bagi bagi litar ini ialah Vout = RRB

12V f

innref ××−

, dimana n =

bilangan bit dan Bin = masukan digital yang ditukarkan ke nombor desimal.

10

Vout

+-

2R

2R

Rf

Rajah 5.6: Litar DAC R/2R 2-bit

Vref

2R

R

A B

Kaedah lain ialah menggunakan Hukum Thevenin.Adakah anda masih lagi ingat bagaimana Hukum Thevenin digunakan untuk menyelesaikan teori litar! Sekarang kita akan cari ungkapan bagi V

out menggunakan kaedah Hukum Thevenin…… Kita

mulakan dengan masukan digital 01dengan merujuk pada rajah 5.7.

Raja 5.7: Litar DAC R-2R 2 Bit Ketika Masukan 012

I6 = V

ref/4R = -I

o

VOUT (01)

= Io X R

f = V

ref/(4R) x R

f

= (Vref

/4)

Vth1

VOUT

+-

2R

2R

Rf

Vref

2R

R

A

B

I1

I

(1+

2)

I3

A

I1 = V

ref/2R, I

2 = 0/2R = 0.

I3 = I

1 + I

2 = V

ref/2R

Rth

= 2R 2R = R, Vth1

= Vref

/2

2R

2R

2R

B

-

I2

I

2

VOUT

+-

2R

Rf

I

(1+

2)

R -

VREF

/4

I6

IO

VREF

/2

I4 = V

ref/2R = 0/2R = 0.

I5 = V

ref/(2 X 2R) = V

ref/(4R)

Rth

= 2R 2R = R, Vth2

= Vref

/4

I

2

Vth

2 VOUT

+-

2R

Rf

I4

2R

R

B

R

2R

B

-I

5

PENUKAR E2002/5/

a) Dari rajah 5.7 , bila masukan 012 = 110, Vout = R

R

4

V fref

b) Masukan 102, litar adalah seperti rajah 5.8.

Dari rajah 5.8, bila masukan 102 = 210, Vout = R

R

2

V fref

c) Masukan 112, litar adalah seperti rajah 5.9.

Dari rajah 5.9 , bila masukan 112 = 310, Vout = R

R

4

3V fref

Kita boleh mendapatkan persamaan am bagi keluaran sebagai;

V0ut = V00 + V01 + V10 + V11 = 0 + R

R

4

V fref + R

R

2

V fref +

R

R

4

3V fref

∴ V0ut = [ ]3210R

R

4

V fref +++

∴Kesimpulannya, dari apa yang telah kita buktikan dari

penganalisaan litar di atas, keluaran Vout = inf

nref B

RR

2V

, n =

bilangan bit dan Bin = masukan binari yang telah ditukarkan ke desimal.

11

Rajah 5.8: Litar DAC R/2R 2 Bit Ketika Masukan 102

I6 = V

ref/2R = -I

o

VOUT (10)

= Io X R

f = V

ref/(2R) x R

f

= (Vref

/2)

Vth1

VOUT

+-

2R

2R

Rf

Vref

2R

R

A I

1

I

(1+

2)

I3

A

I1 = V

ref/2R= I

2 = 0/2R = 0.

I3 = I

1 + I

2 = V

ref/2R = 0

Rth

=2R 2R = R, Vth1

= 0

2R

2R

2R

-

I2

VOUT

+-

2R

Rf

I

(1+

2)

R -V

REF/2

I6 I

O

0

I4 = V

ref/2R.

I5 = 0

Rth

= R, Vth2

= Vref

/2

I

2

Vth

2 VOUT

+-

2R

Rf

I4

2R

R

B

I

(1+

2)

R

2R

B

-I

5

I

2

B Vref

PENUKAR E2002/5/

Sekarang mari kita lihat apakah ungkapan keluaran Vout untuk DAC R/2R 4-bit seperti yang ditunjukkan pada rajah 5.10.

12

VOUT

+

-

Rf

Rajah 5.10: Litar DAC R/2R 4-bit

5V

2R

R R

2R

C D

2R

2R

A

R

2R

B

I7 = 3V

ref/4R = -I

o

VOUT (11)

= Io X R

f

= 3Vref

/(4R) x Rf

= (3Vref

/4)

Vth1

VOUT

+-

2R

2R

Rf

Vref

2R

R

A I

1

I

(1+

2)

I3

A

I1 = V

ref/2R, I

2 = 0

I3 = I

1 + I

2 = V

ref/2R

Rth

= 2R//2R = R,

Vth1

= Vref

/2

2R

2R

2R

-

I2

VOUT

+-

2R

Rf

I

(1+

2)

R -3V

REF/4

I7

IO

Vref

/2

I4 = V

ref/2R.

I5 = V

ref/4R,

I6 = I

4 + I

5 = 3V

ref/4R

Rth

= 2R//2R = R,

Vth2

= 3Vref

/4

I

2

Vth

2 VOUT

+-

2R

RfI

4

2R

R

B

I

(1+

2)

R

2R

B

-I

5

I

2

BV

ref

Rajah 5.9: Litar DAC R-2R 2 Bit Ketika Masukan 112

PENUKAR E2002/5/

Jadual 5.2Masukan keluaran,VOUT

D C B A VOUT= inf

nref B

R

R

2

V=

inin BBRR

16

5

2

54

=

0 0 0 0 00 0 0 1 0.31250 0 1 0 0.62500 0 1 1 0.93750 1 0 0 1.25000 1 0 1 1.56250 1 1 0 1.87500 1 1 1 2.18751 0 0 0 2.50001 0 0 1 2.81251 0 1 0 3.12501 0 1 1 3.43751 1 0 0 3.751 1 0 1 4.06251 1 1 0 4.3751 1 1 1 4.6875

5.2.3 Spesifikasi Penukar Digital Ke Analog

Kebanyakan penukar digital ke analog boleh didapati dalam bentuk litar terkamil (IC). Adalah penting bagi anda mengetahui beberapa ciri atau spesifikasi dari pengeluar untuk diapplikasikan pada mana -mana litar. Terdapat lima spesifikasi bagi DAC yang akan kita bincangkan.

13

1001 ………..0000 …

Bin

1V

0V

Pembilang 4-bit

DAC

Resolusi (1 V)A

B

D

C

jamo

VOUT

Skil-penuh=15V

Rajah 5.11: Gelombang Keluaran Bagi DAC 4-Bit

PENUKAR E2002/5/

Rajah 5.11 menunjukkan DAC menerima masukan digital dari pembilang mod 16. DAC 4-bit ini mempunyai resolusi 1 V dan voltan keluaran maksima atau voltan skil-penuh 15 V. Sekarang mari kita pelajari spesifikasi bagi penukar digital ke analog.

i. Resolusi (Resolution).

Ditakrifkan sebagai perubahan terkecil yang dicapai dalam keluaran analog sebagai keputusan perubahan dalam masukan digital.Pengeluar biasanya merujuk resolusi bagi DAC adalah dalam nombor bit. Contohnya, DAC 10-bit mempunyai resolusi 10 bit. DAC 10-bit mempunyai resolusi yang lebih kecil berbanding DAC 8-bit.Resolusi boleh di ungkapkan dalam dua keadaan, iaitu samada dalam Voltan atau Ampere dan juga peratus. Resolusi dalam voltan atau Ampere dikenali juga sebagai saiz langkah. Anda boleh melihat pada rajah 5.11 di atas, bentuk gelombang keluaran melawan masukan digital adalah berbentuk sebuah tangga yang mempunyai sebanyak 15 anak tangga dan 16 tempat memijak. 15 anak tangga ini di kenali sebagai jumlah langkah. Jadi saiz langkah atau resolusi untuk penukar digital ke analog dalam rajah ini ialah 1 V. Untuk pengetahuan anda juga selalunya resolusi ini adalah sama nilainya dengan nilai keluaran ketika masukan digital yang terawal iaitu 00012.

14

Resolusi = saiz langkah = LSB bagi bit masukan

% Resolusi = 10012

1 ×−n = 100

penuhskalatanvol

langkahsaiz × , dimana;

n = bilangan bit masukan, (2n – 1) = jumlah langkah

PENUKAR E2002/5/

Contoh 5.1

Penukar digital ke analog 10-bit mempunyai saiz langkah 10 mV. Cari voltan skil-

penuh dan peratus resolusi.

Penyelesaian

Bilangan bit = 10

Jumlah saiz langkah = 210 - 1 = 1023 langkah

Maka, voltan keluaran skil-penuh = 10mV x 1023 = 10.23 V.

% resolusi = 100penuhskalatanvol

langkahsaiz × = %1.0100V23.10

mV10 =×

atau % resolusi = 100langkahjumlah

1 × = %1.01001023

1 =×

ii.Ketepatan (Accuracy)

Pengeluar penukar digital ke analog mempunyai beberapa cara untuk menakrifkan ketepatan. Dua daripadanya yang sering dirujukkan ialah ralat linear (Linearity Error) dan ralat skil-penuh (Full-scale Error).

a. Ralat Skil-penuh Lencongan maksima keluaran DAC dari nilai idealnya.

Contoh 5.2

DAC 4-bit seperti pada rajah 5.12 mempunyai ketepatan ±0.01%FS dan skil-penuh

bagi DAC ini ialah 15V. Maka ±0.01% x 15 = ± 1.5mV.

15

PENUKAR E2002/5/

Ini bermakna keluaran DAC ini akan berbeza dari nilai ideal sebanyak 1.5mV.

b. Linearity Error (Ralat Linear)Lencungan maksima saiz langkah dari saiz langkah ideal.

Contoh 5.3

i. DAC 4-bit dalam rajah 5.11 mempunyai saiz langkah 1V. Jika penukar ini

mempunyai ralat linear sebanyak ±0.01%FS. Ini bermakna nilai sebenar saiz

langkah akan berbeza dari nilai idealnya sebanyak 1.5mV.

ii. Sesuatu DAC 8-bit mempunyai skil-penuh 2mA dan ketepatan ± 0.5%FS .

Berapakah julat keluaran bagi masukan 10000000?

Penyelesaian i i .

Saiz langkah = A84.7255

mA2 µ=

100000002 = 12810, keluaran ideal pada masukan 128 = 128 x 7.84µA = 1004 µA.

∴Ralat = ±0.5% X 2mA = 10µA.

Keluaran sebenar akan melencung sebanyak 1004 µA.

Maka julat keluaran sebenarnya ialah 994 µA hingga 1014 µA.

iii. Masa Penetapan @ pengenapan(‘Settling Tim’e)

Kelajuan bagi penukar digital ke analog selalunya dirujuk pada masa penetapan, iaitu masa yang dikehendaki oleh keluaran penukar digital ke analog untuk berubah dari sifar ke skil-penuh semasa masukan binari berubah dari semua sifar hingga semua satu. Sebenarnya masa penetapan ini diukur pada masa keluaran penukar digital ke analog settle pada nilai lingkungan

16

PENUKAR E2002/5/

2

1 saiz langkah skil-penuhnya. Biasanya masa penetapan bagi

penukar digital ke analog arus lebih singkat dari masa pengenapan penukar digital ke analog voltan. Ini adalah kerana masa suapbalik penguat kendalian yang digunakan sebagai penukar arus ke voltan.Contohnya, jika penukar digital ke analog mempunyai resolusi 10mV. Masa penetapan diukur pada masa keluaran tetap pada lingkungan 5mV skil-penuhnya.

iv. Voltan Offset (‘Offset Voltage’)

Keluaran penukar digital ke analog yang ideal adalah 0 volt bila masukan binari adalah semua kosong. Dalam praktikal selalunya ada nilai voltan yang kecil pada masa ini.

Contoh 5.4

Jadual 5.3

Masukan Keluaran Ideal (mV) Keluaran

sebenar(mV)

0000 0 2

0001 100 102

1000 800 802

1111 1500 1502

Penukar digital ke analog 4-bit mempunyai ralat offset +2mV dan saiz langkah

100mV. Jadual 5.3 menunjukkan perbezaan diantara nilai keluaran ideal dan

sebenar, iaitu nilai sebenar bertambah sebanyak 2mV dari nilai idealnya.

17

PENUKAR E2002/5/

Kebanyakan penukar digital ke analog mempunyai pelarasan offset

luaran yang akan melaraskan ke 0 V seperti yang dikehendaki.

v. Monotocinity

Penukar digital ke analog dikatakan monotonik jika keluarannya

samada bertambah atau sama jika masukan binari bertambah

dari satu nilai kenilai yang lain. Monotonik penting dalam sistem

gelung tertutup untuk menghindari penghayunan (oscillation).

Contoh 5.5

18

Untuk menguji kefahaman anda, sila buat aktiviti berikut. Jika anda tidak berpuas hati dengan jawapan anda, sila membuat ulang kaji pada input yang anda rasa masih kabur!

Untuk menguji kefahaman anda, sila buat aktiviti berikut. Jika anda tidak berpuas hati dengan jawapan anda, sila membuat ulang kaji pada input yang anda rasa masih kabur!

Bin

Bin

Vout

Rajah 5.12 : a Dan b Monotonik Tetapi c Tidak Monotonik

Bin

Vout

Vout

b ca

AKTIVITI 5A

PENUKAR E2002/5/

5.1 Takrifkan isyarat analog dan isyarat digital.5.2 Takrifkan transduser.5.3 Berpandukan rajah 5.2 , apakah transduser yang akan digunakan jika ianya

adalah sistem kawalan suhu.5.4 Fungsi penukar analog ke digital ialah menukar isyarat __________ ke

isyarat __________.5.5 Lakarkan rajah blok am bagi penukar digital ke analog.5.6 Lakarkan litar penukar digital ke analog beberat binari 5-bit dengan nilai

perintang yang paling tinggi ialah 50 kΩ dan RF= 1kΩ.

5.7 Merujuk pada litar soalan 5.6 di atas, diberi Vref = 5V, Cari:-aVout jika masukan ialah 00001.bVout jika masukan ialah 11101.cVout maksima.

5.8 Rajah A5.8 merupakan satu litar penukar digital kepada analog perintang beberat binari 3-bit.

aJika diberi R1 = 100 KΩ dan Rf = 3R2

1, berapakah nilai-nilai perintang bagi

R2 dan R3. bJika masukan ialah 101 dan 110, cari nilai-nilai keluaran.cSatu penukar digital ke analog yang dapat mengatasi masalah di atas ialah

penukar _____. Lakarkan litar ini dan terangkan SATU kebaikannya.

5.9 Takrifkan resolusi, ketepatan dan monotociti bagi suatu penukar digital ke analog.

19

VOUT

+10V

-10V

+-

R1

100kΩ R

2 R

3

Rf

AC B

Rajah A5.8

Vin = 3V

PENUKAR E2002/5/

5.10 Takrifkan voltan skil-penuh dan voltan ofset bagi suatu penukar digital ke analog.

5.11 Sebuah voltmeter disambung pada keluaran, Vout seperti ditunjukkan pada rajah A5.8. Kirakan;aNilai resolusi meter dalam volt.bNilai keluaran skil penuh.cPeratus resolusi.

5.12 Merujuk pada litar soalan 5.8 c , jika diberi Vref = 5 V dan Rf =R. Kira:-aJumlah langkah c Saiz langkahbVout , jika masukan ialah 100 d Voltan skil-penuh.

5.13 Rajah A5.13 adalah graf Vout melawan Bin bagi suatu penukar digital ke

analog. Tandakan ♦ jika penukar digital ke analog adalah monotonik.

5.1 Isyarat analog adalah isyarat yang selanjar dengan masa.Isyarat digital adalah isyarat yang bertukar selangkah demi langkah (diskrit).

20

SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS BERIKUT!

TETAPI………, JIKA ANDA GAGAL MENDAPAT JAWAPAN YANG BETUL SILA BUAT ULANG KAJI

ATAU MENDAPAT PENJELASAN DARI PENSYARAH ANDA!…………………

MAKLUMBALAS 5A

Bin

Rajah A5.13

Bin

Vout

B =

Vout

A =B

in

Vout

C =

Vout

D = Bin

PENUKAR E2002/5/

5.2 Transduser ialah suatu alat yang menukar satu bentuk tenaga ke bentuk tenaga yang lain.

5.3 Termistor, termokapel dan lain-lain.

5.4 Digital, analog

5.5 Rujuk pada mukasurat 6 (rajah 5.3).5.6

5.7 a 0.1 V b 2.9 V c 3.1 V

5.8 a R2 = 50 k, R3 = 25 k b 0.15 V, 0.16 Vc R/2R, Kejituan yang lebih tinggi

21

3.125k

6.25k 12.5k 25K RF = 1kΩ

50K

Vref

VVV

OU

T

-

+out+

-Vout

VOUT

+

-

Rf

Vref

2R

R

C

2R

2R

A

R

B

2R

PENUKAR E2002/5/

5.9 Rujuk pada mukasurat 16,17 dan 18.5.10 Rujuk pada mukasurat 18. Voltan skil-penuh ialah voltan keluaran ketika

masukan binari semua 1.5.11 a 0.375V b 7 c 2.625V d 14.29%5.12 a 7 b 2.5V c 0.625V d 5V5.13 A,B dan D.

22

SEKARANG MARI KITA KE

INPUT BERIKUTNYA!

PENUKAR E2002/5/

5.3 PENUKAR ANALOG KE DIGITAL

Fungsi penukar analog kedigital ialah suatu proses penukaran masukan isyarat analog ke keluaran digital. Rajah 5.13 adalah merupakan rajah blok am bagi penukar analog ke digital . Jadual 5.4 menunjukkan contoh penukar analog ke digital yang mempunyai saiz langkah 0.2V dan voltan skil-penuh 3V.Kita akan mempelajari dua jenis litar penukar analog ke digital iaitu litar Tanjakan Digital (Digital Ramp Converter) dan Penghampiran Berturutan (Successive Approximation Converter).

Jadual 5.4: Jadual bagi contoh suatu ADC yang mempunyai saiz langkah 0.2V dan

voltan skil-penuh, VFS = 3V

Masukan Analog (Vin)

Keluaran DigitalMasukan Analog (Vin)

Keluaran Digital

D C B A D C B A

0 0 0 0 0 1.6 1 0 0 00.2 0 0 0 1 1.8 1 0 0 10.4 0 0 1 0 2.0 1 0 1 00.6 0 0 1 1 2.2 1 0 1 10.8 0 1 0 0 2.4 1 1 0 01.0 0 1 0 1 2.6 1 1 0 11.2 0 1 1 0 2.8 1 1 1 01.4 0 1 1 1 3.0 1 1 1 1

23

MSB

LSB0 – 3V

KlokCADC

D

B

A

MasukanVoltan analog

Rajah 5.13: Rajah Blok Bagi ADC

INPUTINPUT

PENUKAR E2002/5/

a) Penukar Tanjakan Digital (DRC)

Rajah 5.14 menunjukkan contoh litar penukar analog ke digital tanjakan digital 4-bit. Ianya terdiri daripada pembanding voltan, logik kawalan, pembilang 4-bit dan litar penukar digital ke analog (DAC).Pembanding voltan digunakan untuk membandingkan voltan masukan analog dan voltan keluaran dari DAC.Litar logik kawalan digunakan untuk meresetkan pembilang, apabila masukan ‘START’ diberikan logik tinggi. Litar pembilang digunakan untuk membenarkan jam menambah satu langkah demi langkah sehingga keluaran DAC (VA') lebih besar atau sama dengan masukan analog (VA). Litar ini dipanggil ADC tanjakan digital kerana isyarat VA ialah langkah-demi-langkah (step-by-step), iaitu seperti sebuah tangga. Mari kita analisa litar rajah 5.15.

Jika VA adalah positif, operasi bagi litar 5.14 adalah seperti berikut;

I) Satu denyut positif ‘Start’ dibekalkan, pembilang diresetkan ke sifar. Keluaran get DAN adalah rendah, jadi pembilang tiada menerima sebarang picuan klok.

II) Bila pembilang pada sifar, VA’ = 0, jadi keluaran pada pembanding voltan adalah tinggi. Bila denyut kembali rendah dan picuan jam diberi keluaran get DAN akan tinggi (sebab semua masukan adalah dalam keadaan logik tinggi) dan ini membenarkan pembilang membilang.

III) Keluaran DAC, VA’ bertambah dalam bentuk voltan langkah (step voltage) yang setara dengan saiz langkah atau resolusi.

24

VOUT

Pembanding voltan

Rajah 5.14: Litar Logik Penukar Tanjakan Digital 4-Bit

DAC

START

CK

PembilangMod 16

reset

Keluaran digital

VA’

VA

Masukan analog

+-

Jam = A

VA > VA’ = 1

VA < VA’ = 0

Q0

Q3

Q1

Q2

B

PENUKAR E2002/5/

IV)Proses ini akan berterusan sehingga VA’ ≥ VA. Keluaran

pembanding akan menjadi rendah , pembilang akan terhenti pada kiraan yang diwakili oleh VA. Proses penukaran adalah lengkap, keadaan penukaran pada keluaran pembanding dari tinggi ke rendah telah menandakan proses penukaran selesai (EOC – End Of Conversion).

Contoh 5.6

Sekarang mari kita melihat contoh penukaran bagi masukan analog, VA = 0.75 V

menggunakan penukar tanjakan berdigit 4-bit yang mempunyai saiz langkah 0.2V.

Dari jadual 5.5, kita telah dapati bahawa penukar tanjakan digital ini memerlukan 4

langkah atau 4 denyut jam untuk menukar masukan analog 0.75 V ke keluaran

digital 0100 dan memerlukan 2 langkah atau dua denyut jam untuk menukar

masukan 0.33V ke keluaran digital 0010.

Kita boleh membuat kesimpulan bahawa jika lebih tinggi nilai masukan analog maka

lebih lama masa yang diperlukan untuk menukar ke keluaran digital.

25

PENUKAR E2002/5/

Jadual 5.5: Menunjukkan Satu Contoh Operasi Penukaran Bagi Masukan Analog 0.75V dan 0.33 Vmenggunakan penukar tanjkan digital 4-bit

Kitar Row Peranti Keadaan Masukan Keluaran

1

1 Pembanding VA = 0.75V, VA’ = 0V, VA > VA’ ‘1’

2 Get DAN aktif A = denyut jam, B = ‘1’ Denyut pertama

3 Pembilang 1 denyut jam 0001

4 Paparan Q0=’1’, Q1= Q2= Q3=’0’ 0001

5 DAC 0001 VOUT = 0.2V

2

6 Pembanding VA = 0.75V, VA’ = 0.2V,VA > VA’ ‘1’7 Get DAN aktif A = denyut jam, B = ‘1’ Denyut 2 ke pembilang8 Pembilang 1 denyut jam 09 Paparan Q1 = ’1’, Q0= Q2= Q3=’0’ 0010

10 DAC 0010 VOUT = 0.4V

3

11 Pembanding VA = 0.75V, VA’ = 0.4V,VA > VA’ ‘1’12 Get DAN aktif A = denyut jam, B = ‘1’ Denyut 3 ke pembilang13 Pembilang 1 denyut jam 001114 Paparan Q1= Q0 = ’1’, Q2= Q3=’0’ 001115 DAC 0011 VOUT = 0.6V

4

16 Pembanding VA = 0.75V, VA’ = 0.6V,VA > VA’ Tinggi17 Get DAN aktif A = denyut jam, B = ‘1’ Denyut 4 ke pembilang18 Pembilang 1 denyut jam 010019 Paparan Q0= Q1= Q3=’0’ , Q2=’1’ 010020 DAC 0100 VOUT = 0.8V

5

21 Pembanding VA = 0.75V, VA’ = 0.8V,VA < VA’ ‘0’22 Get DAN tak aktif A = denyut jam, B = ‘0’ Tiada Denyut

23 Pembilang Q0= Q1= Q3=’0’ , Q2=’1’ 0100

24 Paparan Keluaran pembilang 0100

Masukan analog VA = 0.33 V

1

1 Pembanding VA = 0.33V, VA’ = 0V, VA > VA’ ‘1’

2 Get DAN aktif A = denyut jam, B = ‘1’ Denyut 1 ke pembilang

3 Pembilang 1 denyut jam 0001

4 Paparan Q0=’1’, Q1= Q2= Q3=’0’ 0001

5 DAC 0001 VOUT = 0.2V

2

6 Pembanding VA = 0.33V, VA’ = 0.2V,VA > VA’ ‘1’7 Get DAN aktif A = denyut jam, B = ‘1’ Denyut 2 ke pembilang8 Pembilang 1 denyut jam Membilang 00109 Paparan Q0=’0’, Q1=1’’ ,Q2= Q3 = ’0’ 0010

10 DAC 0010 VOUT = 0.4V11 Pembanding VA = 0.33V, VA’ = 0.4V,VA < VA’ ‘0’

26

PENUKAR E2002/5/

12 DAN = ‘’0 A = denyut jam, B = ‘0’ Tiada denyut13 Pembilang Membilang 001014 Paparan Q0=’0’, Q1=1’’ ,Q2= Q3 = ’0’ 0010

5.3.1 Spesifikasi Penukar Tanjakan Digital

i. Resolusi dan ketepatan

Resolusi dan ketepatan bagi penukar analog ke digital adalah sama seperti resolusi dan ketepatan bagi penukar digital ke analog.

ii. Masa penukaran , T C (Conversion Time)

Masa penukaran adalah masa yang diambil untuk menukar masukan analog kekeluaran digital. Bagi penukar tanjakan

digital, pembilang membilang dari 0 hingga VA’ ≥ VA. Masa

untuk proses penukaran selesai, bergantung kepada nilai masukan analog, VA. Lebih besar nilai VA maka lebih banyak langkah dan lebih lama masa penukarannya. Sekarang kita akan lihat ungkapan bagi masa pertukaran bagi penukar tanjakan digital.

Contoh 5.7

ADC tanjakan digital mempunyai nilai-nilai berikut:

Frekuensi klok = 1 MHz, VT (Voltan ‘threshold sensitivity’ = ( VA’ - VA) = 0.1 mV,

Voltan Skil-penuh DAC 10-bit = 10.23V. Cari nilai-nilai berikut;

a) Jika VA = 3.568 V, berapakah nilai keluaran setaranya.

b) Masa penukaran.

27

Tc(max) = (2n – 1) jam/kitaran = Jumlah langkah X Tmasukan

TC (max), iaitu masa penukaran maksima terjadi apabila VA ≥ VFS .

Tc(ave) = TC (max)/ 2 ≈ (2n – 1) jam/kitaran

PENUKAR E2002/5/

c) Resolusi bagi penukar dalam volt dan peratus.

Penyelesaian

a) Jumlah langkah = 210 – 1 = 1023 langkah

∴Saiz langkah = resolusi = mV101023

23.10

langkahjumlah

VFS ==

Ini bermakna VA’ bertambah sebanyak 10 mV / langkah bila kita

menggunakan pembilang menaik.

VA = 3.568 V, VT = 0.1mV; Maka VA’ mesti mencapai 3.5681 Vatau lebih

sebelum keluaran pembanding bertukar ke rendah.

Maka ini akan menghasilkan :-

langkah35781.356mV10

5681.3 == ⇒ [Ingat! Rumus ini adalah sama dengan

keluaran DAC dibahagi dengan jumlah langkah, sebelum ini kita telah tahu

jumlah langkah = voltan skil-penuh /saiz langkah]

Semasa tamat proses penukaran, keluaran pembilang ialah 35710 =

01011001012, iaitu keluaran digital ketika VA = 3.568V.

b) Dari a) di atas kita telah ketahui bahawa 357 langkah diperlukan untuk

mendapat keluaran 01011001012. Maka 357 kitar jam terjadi pada kadar 1 µs.

Maka ini akan memberi masa penukaran sebanyak 357 µs.

c) Resolusi = saiz langkah DAC = 10 mv, %Resolusi = %1.0100x1023

1 =

b) Penukar Penghampiran Berturutan (SAC)

ADC jenis ini digunakan secara meluas berbanding dengan penukar tanjakan digital. Diantara perbezaan diantara penukar penghampiran berturutan dan tanjakan digital ialah;

28

PENUKAR E2002/5/

1. SAC mempunyai masa penukaran yang lebih pendek dan tetap (tidak bergantung kepada nilai masukan analog).

2. Litar SAC menggunakan litar pendaftar bagi menyediakan masukan ke blok DAC dimana pengawal logik (‘control logic’) mengubah kandungan pendaftar bit-ke-bit sehingga data-data pada pendaftar sama dengan masukan analog, VA (dalam lingkungan resolusi bagi penukar). Rajah 5.15 merupakan rajah blok bagi penukar penghampiran berturutan.

Proses penukaran analog ke digital bagi SAC adalah seperti berikut:

1. Logik kawalan (berada dalam blok alat daftar SAC) mensetkan MSB pendaftar ke logik tinggi dan bit-bit yang lain ke logik rendah. Ini akan menghasilkan satu nilai VA’ pada keluaran DAC yang pemberatan sama dengan MSB tadi. Jika VA’ > VA, keluaran pembanding akan ‘low’ dan ini akan menyebabkan logik kawalan meresetkan MSB ke’low’. Jika VA’ < VA MSB masih ‘high’.

2. Logik kawalan mensetkan bit yang berikutnya ke ‘1’. Ini menghasilkan nilai VA’ yang baru. Jika nilai ini lebih besar dari VA , keluaran pembanding akan ‘low’ dan logik kawalan akan

29

VA’

VA

Successive-approximation register (SAR)

MSB LSB

Cp

Output register

8-Bit D/AConverter (DAC)

jam

Vref

= 10V

Masukan analog

START

(Data ready end-of-conversion)

DR

+

-

Q7

Q6

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

Q0

Keluaran digital

Vout

Rajah 5.15 : Contoh Rajah Blok Penukar Penghampiran Berturutan 8-Bit

PENUKAR E2002/5/

meresetkan bit tersebut ke 0. Jika sebaliknya, bit tersebut dibiarkan ‘1’.

3. Proses ini berterusan bagi setiap bit dalam pendaftar. Proses ini memerlukan 1 klok per bit. Selepas semua bit telah diuji pendaftar akan simpan nilai bersamaan digital bagi VA.

Contoh 5.8

Penukar SAC 4-bit dengan saiz langkah 1V telah digunakan bagi menukar nilai

masukan , VA = 9.9 V. Tunjukkan setiap langkah penukaran.

Penyelesaian

Jadual 5.6 : Contoh Proses Penukaran Bagi VA = 9.9 V Menggunakan SAC 4-Bit

Langkah Pendaftar VA’ (V) VA (V) Pembanding

Keadaan mula 0000 0 9.9 ‘1’

Setkan MSB kepada ‘1’, VA’ < VA 1000 8 9.9 ‘1’

Biarkan ‘1’ setkan bit berikutnya ke

‘1’, VA’ > VA

1100 12 9.9 ‘0’

Resetkan bit ke 2 dan setkan bit

berikutnya. ’,VA’ > VA

1010 10 9.9 ‘0’

Resetkan bit ke 3 dan setkan

LSB ,VA’ < VA

1001 9 9.9 ‘1’

Keluaran yang di papar 1001

Merujuk kepada Jadual 5.6, kita telah lihat bahawa setiap bit telah diuji sehingga

nilai VA’ > VA. Maka masa penukaran tidak bergantung kepada masukan, iaitu masa

penukaran bagi SAC adalah tetap.

30

SEKARANG MARI KITA MELIHAT CONTOH BAGAIMANA MASUKAN

ANALOG, VA = 9.9 V DITUKAR KEKELUARAN DIGITAL

MENGGUNAKAN SAC 4-BIT.

PENUKAR E2002/5/

5.3.2 Masa Penukaran Bagi Penukar Analog Ke Digital

Untuk membuat penukaran, suatu SAC n-bit memerlukan n kitaran klok, tanpa ditentukan oleh VA. Ini kerana litar kawalan akan mencuba setiap bit.

Sekarang mari kita bandingkan masa penukaran maksima Tc(mak) bagi DRC dan SAC 10-bit, diberi frekuensi jam ialah 500 kHz.

s2k500

1

f

1T

T

1f

inin

inin µ===⇒=

Untuk DRC, Tc(mak) = (2n – 1) X (1 kitar jam) = 1023 X 2 µs = 2046

µs.

Untuk SAC, Tc(mak) = n X (1 kitar jam) = 10 X 2 µs = 20 µs.

Dari perbandingan di atas kita telah dapati SAC adalah 100 kali lebih cepat dari DRC.

31

UNTUK MEMANTAPKAN LAGI PELAJARAN ANDA, SILA

SELESAIKAN AKTIVITI BERIKUT……..

JIKA ANDA TIDAK BERPUAS HATI DENGAN

PENCAPAIAN ANDA, SILA BERJUMPA DENGAN

PENSYARAH SEGERA!

PENUKAR E2002/5/

5.14 Fungsi penukar analog ke digital ialah menukar isyarat _________ ke isyarat ___________.

5.15 Lakarkan rajah blok am bagi penukar analog ke digital.

5.16 Lakarkan litar penukar analog ke digital tanjakan digital 6-bit.

aTerangkan secara ringkas operasi litar.

bJika penukar ini mempunyai saiz langkah 0.4 V dan frekuensi masukan jam ialah 1MHz. Cari:-

i) Keluaran jika voltan masukan ialah 1.1V.

ii) Masa penukaran yang diperlukan untuk pertukaran 1.1V

iii) Masa penukaran maksima.

5.17 Suatu penukar tanjakan digital 5-bit mempunyai skil-penuh 3.1 V. Berapakah;

aNilai voltan setara Va bagi digit 10000.

b % Resolusi

cFrekuensi klok jika masa penukaran maksima ialah 32µs.

5.18 Terangkan perbezaan diantara penukar penghampiran berturutan dan penukar tanjakan digital.

5.19 Lakarkan litar penukar penghampiran berturutan 6-bit.

aTerangkan operasi litar.

32

AKTIVITI 5B

PENUKAR E2002/5/

bJika penukar ini mempunyai saiz langkah 0.1V dan frekuensi masukan 1MHz. Cari:-

i) Keluaran jika voltan masukan ialah 3.1V.

ii) Masa penukaran untuk voltan masukan 3.1V.

iii) Masa penukaran maksima.

5.20 Berapakah masa penukaran bagi ADC 15-bit jika frekuensi jam ialah 2.4 Mhz:-aPenukar penghampiran berturutan.bPenukar tanjakan digital.

33

SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS

BERIKUT!

TETAPI………, JIKA ANDA GAGAL MENDAPAT

JAWAPAN YANG BETUL SILA BUAT ULANG KAJI ATAU

MENDAPAT PENJELASAN DARI PENSYARAH ANDA

DENGAN SEGERA !!! !!…………………

PENUKAR E2002/5/

5.14 Analog, digital

5.15 Rajah 5.13

5.16 Rajah 5.14 kecuali pembilang 6-bit atau mod 64 dan DAC 6-bit.

a Rujuk pada mukasurat 21 - 22

b i 0000112 ii 3 µs iii 63 µs

5.17 a 1.6V b 3.22% c 9.7 MHz

5.18

SAC DRC

a) Masa penukaran tetap Masa penukaran mengikut Va

b) Tcmak = n bit X 1 kitaran

jam, lebih laju

Tcmak = jumlah langkah X 1

kitaran jam, lagi tinggi nilai Va

lebih lama masa penukaran

c) Litar menggunakan

pendaftar

Litar menggunakan

pembilang

5.19 Rujuk rajah 5.15, kecuali pendaftar 8-bit diganti dengan pendaftar 6-bit dan

DAC 8-bit digantikan dengan DAC 6-bit.

a Lihat muka surat 29 – 30.

b i Bout = 011111ii 6 µs iii 6µs

5.20 a 6.25 µs b 13.65 ms

34

MAKLUM BALAS 5B

PENUKAR E2002/5/

Soalan 1

Berpandukan rajah S5.1, kirakan:-

a Saiz langkah, %resolusi, jumlah langkah dan voltan keluaran skil-penuh.

b Voltan keluaran (VOUT) jika masukan adalah 00110, 01001, 10001 dan 01111.

Soalan 2

Masukan binari 1110110101 bagi DAC 10-bit menghasilkan arus keluaran sebanyak

25mA.

a Berapakah arus keluaran jika masukan binari ialah 1000001111?

b Berapakah resolusi bagi DAC ini dalam Ampere dan peratus.

35

PENILAIAN KENDIRI

UNTUK MENGUKUR PRESTASI ANDA, ANDA MESTILAH MENJAWAP SEMUA SOALAN PENILAIAN KENDIRI INI UNTUK DINILAI OLEH PENSYARAH ANDA.

VOUT

+-

80k 40k 10k

20k

20k

Rajah S5.1

5V 160k

PENUKAR E2002/5/

Soalan 3

DAC 4-bit menghasilkan voltan keluaran 4.5 V bagi masukan 1001. Apakah nilai

voltan keluaran jika masukan ialah 0011. Berapakah resolusi bagi DAC ini dalam

sebutan volts dan peratus.

Soalan 4

Takrifkan resolusi dan ketepatan bagi sesuatu DAC.

Soalan 5

Berapakah bilangan bit yang diperlukan bagi DAC jika keluaran skil-penuh ialah

10mA dan resolusi adalah kurang dari 40µA.

Soalan 6

Apakah peratus resolusi dan saiz langkah bagi penukar rajah S5.6.

Soalan 7

Rajah S5.7 menunjukkan litar penukar digital ke analog R/2R 2-bit.

a Apakah jumlah langkah, saiz langkah dan peratus resolusi bagi penukar ini

jika Vref = 8V dan RF = 2R.

b Jika masukan litar penukar digital ke analog (a) ialah :-

i) Pembilang ke atas (up counter) 2-bit,

ii) Dan pembilang ke bawah (down counter) 2-bit,

Lakarkan gelombang-gelombang voltan keluaran Voutmelawan B in.

36

3 bit ripple counter

DAC

1 kHzjam

Vout

Rajah S5.6

2V

0V

PENUKAR E2002/5/

Soalan 8

Rujuk Rajah S5.8.

a Namakan litar A.

b Jika litar A adalah penukar yang mempunyai Vref = 3V. Kirakan:-

i) Saiz langkah

ii) Peratus Resolusi

iii) Voltan keluaran jika masukan digital ialah 00000101

Soalan 9

Berapa lamakah untuk menukar skil-penuh bagi penukar tanjakan digital 8-bit

menggunakan frekuensi klok 100 kHz?

Soalan 10

Apakah saiz ADC yang diperlukan untuk menyediakan sekurang-kurangnya

resolusi 3 mV dan voltan skil-penuh ialah 15 V.

Soalan 11

Suatu ADC tanjakan digital 6-bit mempunyai skala-penuh 6.2 V. Berapakah;

a Nilai voltan setara Va bagi digit 110001.

37

Vout

RF

-R

2R2R 2R

Vref

+op-amp

Rajah S5.7

Pembilang8 bit

LITARA

Low PassFilter

jam

RajahS5.8

PENUKAR E2002/5/

b % Resolusi.

c Frekuensi jam jika masa penukaran maksima ialah 40µs.

Soalan 12

Suatu ADC tanjakan berdigit 8-bit mempunyai skala-penuh 12 V. Berapakah;

a Nilai voltan setara Va bagi digit 11001101

b % Resolusi.

c Frekuensi klok jika masa penukaran maksima ialah 4µs.

Soalan 13

Apakah masa penukaran bagi penukar penghampiran berturutan 12-bit jika

frekuensi klok ialah 2.5 MHz.

Soalan 14

Berapakah nilai kitaran jam yang dikehendaki bagi proses penukaran penukar

penghampiran berturutan 8-bit?

Soalan 15

Berapakah masa penukaran maksima bagi penukar 13-bit jika frekuensi klok ialah

4.5 Mhz:-

a Penukar tanjakan digital

b Penukar penghampiran berturutan

38

SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS BERIKUT!JIKA ANDA GAGAL MENDAPAT 80% JAWAPAN YANG BETUL SILA BUAT ULANG KAJI ATAU MENDAPAT PENJELASAN DARI PENSYARAH ANDA!…………………

PENUKAR E2002/5/

Soalan 1

a) 0.625V, 3.22%, 31, 19.375V

b) 3.75V, 5.625V, 10.625V, 9.375V

Soalan 2

a) 14.89mA

b) 28.25 µA, 0.098%

Soalan 3 : 1.5V, 0.5V, 6.7%

Soalan 4

Resolusi ialah perubahan terkecil bagi keluaran analog terhadap masukan digital.

Ketepatan dapat ditakrifkan kepada dua;

Ralat Skil-penuh : Lencongan maksima keluaran penukar dari nilai idealnya.

Ralat Linear: Lencungan maksima saiz langkah dari saiz langkah ideal.

Soalan 5 : 8 bit

Soalan 6 : 2V, 7 langkah, 285.7mV, 14.29%

Soalan 7

a) 3 langkah, 4V, 33.3%

39

MAKLUMBALAS

PENUKAR E2002/5/

b)

Soalan 8

a) Penukar digital ke analog (DAC)

b) i 11.7mV ii 0.39% iii 58.6 mV

Soalan 9 : 2.55 ms

Soalan 10 : n ≤ 12 bit

Soalan 11

a) 4.82V b) 1.59% c) 1.59 MHz

Soalan 12

a) 9.65V b) 0.39% c) 63.75MHz

Soalan 13 : 4.8µs

Soalan 14 : 8 kitaran jam

Soalan 15

a) 1.82ms b) 2.89 µs

40

Vout

12V

0V 01 10 11 Bin

Vout

-12V

0V

01 10 11 Bin

PENUKAR E2002/5/ 41

Anda sudah berpuashati dengan

unit ini !!!!!!! Kalau sudah mari

kita ke unit 6