1

Sinyal Analog dan Digital

Di sini akan dijelaskan mengenai sistem dari sinyal analog dan digital, kode digital,

sistem bilangan desimal dan biner, serta fungsi dasar yang diperlukan untuk mengubah sinyal

analog menjadi sinyal digital. Pada bagian selanjutnya, akan dipelajari fungsi-fungsi dasar

yang dibutuhkan untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog. Fungsi-fungsi dasar

tersebut sangat penting untuk dipelajari begitu pula rangkaian elektroniknya yang

menjalankan fungsi tersebut.

Perancang sistem kontrol analog seringkali menghadapi beberapa masalah antara lain:

- tidak stabilnya tegangan keluaran akibat adanya pengaruh suhu (drift)

- rentang sinyal yang tidak menunjukkan grafik linear (ideal)

- penghitungan yang tidak akurat saat melakukan penghitungan dengan sistem analog

- rentang sinyal frekuensi yang tidak memadai

Sekarang ini, telah ditemukan alternatif untuk menggantikan sistem analog tersebut,

khususnya untuk analog dengan daya rendah. Desain terbaru untuk menggantikan sistem

analog ini menggunakan metode konversi ke sinyal digital. Desain ini bekerja menggunakan

kecepatan dan keakuratan dari sirkuit digital untuk melakukan penghitungan, dan menghitung

resultan dari output sinyal digital untuk dikembalikan ke sinyal analog.

Rangkaian Analog

Rangkaian atau sirkuit analog adalah jenis rangkaian elektronika yang dipakai untuk

memproses sinyal atau isyarat yang bersifat kontinu. Perubahan sinyal dalam rangkaian

analog ini adalah sedikit demi sedikit meliputi semua titik pada amplitudo sinyal maksimum

dan sinyal minimumnya. Salah satu contoh sirkuit analog adalah recording thermometer yang

menggunakan tinta untuk mengeplot nilai suhu terhadap waktu. Perbedaan temperatur terlihat

dari garis pada kertas grafik.

2

Pengisian bensin seperti pada gambar di atas juga merupakan salah satu system analog.

Rangkaian Digital

Rangkaian digital merupakan

rangkaian elektronik yang mengolah

sinyal listrik diskrit. Rangkaian ini

merupakan kumpulan dari elemen-

elemen elektronik baik pasif maupun

aktif yang membentuk suatu fungsi

pemrosesan sinyal digital.

Penggambaran keadaannya

ditunjukkan dengan bilangan biner

yaitu 0 dan 1 yang menandakan

keadaan OFF atau ON saja. Contoh

rangkaian digital adalah sebuah

telegraf yang menggunakan sandi

Morse.

Bilangan Biner

Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, ON dan OFF pada bilangan biner

merupakan representasi dari bilangan biner yaitu 1 dan 0. Kombinasi maksimum sebuah kode

3

dapat dihitung menggunakan rumus 2n. Contoh, jika n bernilai 4 (4 bit), maka sistem akan

mendeteksi 16 kuantitas. Jika n bernilai 16 (16 bit) maka sistem akan mendeteksi 65.536

buah kuantitas.

Perbandingan Ketelitian dengan Kecepatan Analog-Digital

Pada dasarnya, semua kuantitas benda yang ada di alam bersifat analog. Suhu,

tekanan, kelembaban, dan kecepatan angin di lingkungan kita berubah secara perlahan dan

kontinu. Alat yang mengukur secara analog biasanya memiliki tanggapan atau respon yang

lambat terhadap ketelitian dengan angka ketelitian 0,001. Sedangkan alat ukur digital dapat

dengan mudah mengukur dan menangkap perbedaan ketelitian hingga 0,001. Ketelitian sinyal

yang dianalisis secara digital mempunyai hubungan langsung dengan banyaknya digit biner

yang digunakan. Contoh, jika menggunakan 10 digit biner, maka tingkat akurasinya

mencapai 1/1024 bagian, 12 biner 1/4096 bagian, dst. Ketelitian ini bisa diatur dan berubah

dengan cepat ribuan kali dibandingkan dengan sirkuit analog.

Keuntungan lain menggunakan sirkuit digital adalah mesin ini tidak memerlukan

tempat yang besar untuk meng-handle penghitungan dengan kecepatan tinggi dan ketelitian

tinggi dengan harga yang terjangkau.

Dengan begitu, jika sebuah nilai dari hasil sirkuit analog membutuhkan ketelitian

yang tinggi, teknik yang dapat dipakai adalah mengkonversinya menjadi data digital,

memprosesnya secara digital, dan me-rekonversinya kembali menjadi data analog. Secara

prosedural, cara kerjanya dapat dilihat pada gambar berikut:

4

Sistem yang tertera pada gambar diatas merupakan gambaran kasar konversi sinyal

dari analog-digital-analog yang menunjukkan penghitungan, manipulasi, dan proses yang

bervariasi. Chapter ini hanya akan menjelaskan bagian analog ke digital saja, sedangkan

chapter berikutnya akan menjelaskan konversi dari digital untuk kembali ke analog.

Dasar Konversi Analog ke Digital

Deteksi

Gambar 1-8 adalah detil dari gambar 1-7 bagian konversi analog ke digital. Seperti

yang kita ketahui, kebanyakan nilai-nilai yang berada di alam semesta seperti suhu, tekanan,

5

kelembaban, kecepatan angin, atau posisi bergerak secara kontinu dan bukan dalam satuan

yang langsung berhubungan dengan sistem elektronik. Oleh karena itu, nilai-nilai tersebut

harus diubah menjadi nilai yang dapat berhubungan langsung dengan sirkuit elektronik

(contoh, Voltase). Fungsi pendeteksi disebut sensing. Sedangkan komponen yang mendeteksi

nilai fisis dan mengubahnya menjadi satuan elektrik disebut sensor.

Sensor yang ada pada gambar 1-8 merupakan sensor penghitung tekanan. Output

tekanan yang dihasilkan sensor ini dalam bentuk milivolt.

Pengondisian Konversi Sinyal

Pengkondisian dapat berarti mengubah karakteristik sinyal yang masuk. Pada contoh

diatas, tahap ini dilakukan oleh amplifier yang meningkatkan amplitudo sinyal sebanyak

1000 kali dan mengubah output sinyal dari milivolt menjadi volt. Penguatan ini bersifat

linear.

Konversi Analog ke Digital

Sinyal analog bergerak secara kontinu seperti pada gambar 1-8, maka dibutuhkan

subfungsi yang biasa disebut sample-and-hold function. Sumbu x menunjukkan interval

waktu dan sumbu y mereprentasikan nilai terukur. Pada saat berada di waktu tertentu, sebuah

nilai akan terukur dan nilai terukur itulah yang akan menjadi nilai subfungsi yang akan

dikonverikan ke kode biner agar data analog dapat diproses secara digital. Namun karena

sinyal analog bergerak secara kontinu, kemungkinan besar akan terdapat galat antara besar

nilai input awal dan besar nilai input yang terekam pada sampel berikutnya. Contoh sample-

and-hold function dapat dilihat pada gambar 1-8.

Sebenarnya, mengurangi nilai error dapat diatasi dengan memperbanyak pengambilan

sampel. Namun, jika nilai sampel terlalu besar, waktu yang dibutuhkan untuk konversi secara

lengkap tidak akan cukup sehingga proses konversi akan gagal. Hal tersebut merupakan suatu

ketentuan dari konverter analog ke digital dalam hal hubungan antara kecepatan proses

konversi dengan nilai sampel. Ketentuan lainnya adalah ketelitian dari sinyal output. Jika

output memerlukan lebih banyak digit biner yang dapat menggambarkan besar dan ketelitian

yang detil, maka dibutuhkan rangkaian pengkonversi yang harus bisa bekerja cepat.

Pada bab di belakang akan dijelaskan secara lengkap untuk menjelaskan teknik

konversi untuk menemukan fungsi terkait secara detail. Seperti ditunjukkan pada gambar 1-8,

digit biner dari kode digital ditunjukkan pada saat yang bersamaan (secara parallel) pada

setiap titik sampel. Konverter lainnya mungkin menunjukkan kode dalam bentuk serial string.

Hal tersebut bergantung kepada desain konversi dan aplikasinya.

Referensi :

Luecke, Jerry. 2005. Analog and digital circuits for electronic control system applications :

using the TI MSP430 microcontroller. Elsevier Inc. Oxford.