Digital Ramp ADC

Digital Ramp ADC merupakan jenis ADC [Analog to Digital Converter] yang bekerja berdasarkan prinsip kerja counter.
input signal analog dibandingkan dengan input lain pada komparator digital.
output dari komparator digital diumpankan ke LOAD counter dan ke EDGE TRIGGER NEGATIVE latches.
output dari counter diumpankan ke input DAC [DAC yang digunakan adalah jenis Binary Weight Resistor] juga diumpankan ke input Latches.
Output dari DAC diumpankan ke input negative komparator.
penjelasan mengenai komparator digital, counter, latches, dan DAC akan dijelaskan dengan penggunaan ADC pada aplikasi high temperature thermometer.


Komparator Digital [digital comparator] adalah komparator khusus yang hanya memiliki 2 kondisi output. dua kondisi yang dimaksud adalah logik 1 atau nol.
Logik 1 berarti tegangan keluaran komparator berkisar 5 volt.
Logik 0 berarti tegangan keluaran komparator berkisar 0 volt.
output komparator akan berlogik 1 jika hanya tegangan pada input positive komparator lebih besar dari tegangan input negative komparator.
output komparator akan berlogik 0 jika tegangan pada input positive = tegangan pada input negative, atau tegangan input negative lebih besar dari tegangan input positive.

input output
+V > -V logik 1 [5 volt]
+V = -V logik 0 [0 volt]
+V < -V logik 0 [0 volt] counter adalah komponen yang melakukan pencacahan / penghitungan. counter yang digunakan yaitu counter dengan LOAD. input dari counter di groundkan [diberi tegangan 0 volt], clock diberi pulsa [pulsa maksimum yang diperbolehkan adalah 50MHz]. LOAD dihubungkan ke output komparator. ketika LOAD logik 1, maka counter melakukan penghitungan dari mulai 0. ketika LOAD berlogik 0, maka counter menghentikan penghitungan. DAC [jenis binary weight resistor] adalah pengkonversi signal digital menjadi analog dengan menggunakan beberapa resistor [tergantung jumlah bit yang akan dikonversi]. misalkan input DAC 0010, tegangan referensi DAC = 5 V, maka tegangan output [signal analognya] adalah NILAI DESIMAL DARI BINER dibagi DUA PANGKAT n-1 dikali TEGANGAN REFERENSI. jadi Vout = [2/2^3] x 5 = 2.5 volt. tegangan maksimum dari DAC ini adalah 9.375 volt. Latches adalah bagian yang menahan sementara data dari counter untuk selanjutnya diproses untuk dimunculkan pada display [7 segment atau LCD]. latches bekerja berdasarkan prinsip bistable multivibrator, yaitu multivibrator yang memiliki kondisi 2 kondisi output yaitu 0 dan 1. data dari counter akan ditahan oleh latches, ketika EDGE TRIGGER NEGATIVE dari latches mendapat transisi turun [perubahan dari logik 1 ke logik 0], maka latches akan melanjutkan data dari counter ke display.
gambar diatas adalah aplikasi penggunaan digital ramp ADC untuk termometer suhu tinggi.
suhu tinggi dikonversi oleh sensor bimetal dengan referensi suhu es cair 0 derajat celcius. lalu tegangan keluaran dari bimetal diperkuat menggunakan op-amp dengan gain sesuai yang diinginkan. misalkan output maksimum dari op-amp sensor adalah 9 volt. maka ketika suhu maksimum tercapai [misalkan 1000 derajat celcius], maka keluaran op-amp adalah 9 volt, lalu masuk ke input positif komparator. komparator membandingkan input + dan -, karen +V > - V, 9v > 0v, maka output komparator berlogik 1. logik 1 ini digunakan pada LOAD counter, sehingga counter mulai mencacah / menghitung. pencacahan yang dilakukan counter dikonversi oleh DAC menjadi tegangan. ketika input biner tertentu masuk ke DAC, maka DAC akan mengeluarkan tegangan sampai 9 volt. ketika output DAC 9 volt, input + = input - komparator, sehingga output komparator berlogik 0. counter berhenti mencacah karena LOAD berlogik 0. latches bekerja karena terjadi perubahan logik dari 1 menjadi 0. selanjutnya, data yang telah dibuat oleh counter tadi dimunculkan pada display.

Dengan tegangan referensi DAC sebesar 5 volt, input DAC 8 bits, maka resolusinya
res = [1 / 2^7] x 5 volt = 0.039 v. perubahan terkceil dari DAC adalah 0.039 v, setiap perubahan bilangan biner yang menjadi input DAC menghasilkan perubahan tegangan 0.039 v.
0 v
0.039 v
0.078 v
.
.
.
9.xxx v
untuk mendapatkan tegangan output sebesar 9 volt, maka DAC melakukan sampling sebanyak 256 kali. sehingga input negative komparator mendapat tegangan 9 volt dan outputnya menjadi logik 0.
data pada counter yang tersimpan pada latches [11111111] di munculkan pada LCD sebagai display.