Terdapat 4 jenis dari DAC (Digital To Analog Converter) yaitu : Binary Weighted Resistor, R-2R Ladder, Segmented, dan Delta-Sigma. Berikut ini merupakan penjelasan dari masing-masing jenis DAC tersebut.
Jenis DAC Binary-Weighted Resistor
Jenis DAC (Digital To Analog Converter) yang pertama yaitu Binary Weighted Resistor. Binary Weighted merupakan suatu rangkaian yang disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier (Op-Amp). Rangkaiannya ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Pada DAC jenis Binary Weight Resistor, pemasangan nilai R pada input-input Do, D1, D2 adalah sebagai berikut:
Nilai R dari D1 adalah ½ dari nilai yang ada di Do, nilai R dari D2 adalah ½ dari nilai yang ada di D1dan begitu seterusnya.
Dengan pemasangan nilai R seperti ini untuk mendapatkanVout yang kenaikan per stepnya tetap atau linier.
Rin di cari dengan memparallel nilai-nilai resistor yang ada pada masing-masing input (D), jika input yang masuk lebih dari satu.
Prinsip kerja rangkaian Binary-Weighted Resistor
1. Arus yang dihasilkan dari penutupan switch-switch D0 sampai D3 akan dijumlahkan oleh Resistor 20KOhm
2. Resistor-resistor tersebut diberi skala sehingga memenuhi bobot biner (binary-weighted) dari arus yang selanjutnya, sehingga akan dijumlahkan oleh penguat penjumlah inverting IC 741.
3. Jika sumber tegangan pada penguat penjumlah IC 741 tersebut adalah simetris ± 15Vdc, maka dengan menutup D0 menyebabkan tegangan +5Vdc akan diberikan ke penguat penjumlah dengan penguatan – 0,2 kali (20K/100K) sehingga diperoleh tegangan output penguat penjumlah -1Vdc.
4. Masing-masing penutupan switch menyebabkan penggandaan nilai arus yang dihasilkan dari pada switch sebelumnya.
Adapun nilai konversi dari kombinasi penutupan switch ditunjukkan pada tabel berikut.
Jenis DAC R-2R Ladder
Jenis DAC yang selanjutnya yaitu R-2R Ladder. Pada DAC jenis R-2R Ladder ini pemasangan nilai resistor pada input-inputnya menggunakan metode R-2R. Jadi kalau Nilai R = 10k, maka 2Rnya dipasang 20k.Pemasangan nilai Resistor yang seperti ini agar mendapatkan Vout yang kenaikan per stepnya tetap atau linier.
Metode ini juga banyak digunakan pada IC-IC DAC dan juga dapat diaplikasikan untuk IC DAC dengan resolusi 8,10 atau 12 bit.
Adapun rangkaian R-2R Ladder ditunjukkan pada gambar berikut ini .
Prinsip kerja rangkaian R-2R Ladder DAC
1. Informasi digital 4 bit masuk ke switch D0 sampai D3. Switch ini mempunyai kondisi “1” (sekitar 5 V) atau “0” (sekitar 0 V).
2. Dengan melakukan pengaturan switch, maka akan menyebabkan perubahan arus yang mengalir melalui R9 sesuai dengan nilai ekivalen biner-nya
3. Sebagai contoh, jika D0 = 0, D1 = 0, D2 = 0 dan D3 = 1, maka R1 akan paralel dengan R5menghasilkan 10 k .
4. Selanjutnya 10 k ini di seri dengan R6 = 10 k, sehingga menghasilkan 20 k. Lalu 20 k ini di paralel dengan R2 menghasilkan 10 k , dan seterusnya sampai R7, R3 dan R8.
5. Tegangan output (Vout) analog dari rangkaian R-2R Ladder DAC diatas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
Vout=( -Vreff (R9/R) ) . ( ( D0/16)+(D1/8)+(D2/4 )+( D3/2) )
6. Hasil dari tegangan output (Vout) ditunjukan pada rangkaian ekivalen dibawah ini :
7. Seperti tampak gambar diatas, Vout yang dihasilkan dari kombinasi switch ini adalah -5V. Untuk hasil konversi rangkaian R-2R Ladder DAC diatas, ditunjukkan pada tabel dibawah ini :
Jenis DAC Segmented
Segmented DAC (Digital-to-Analog Converter) adalah jenis DAC yang terdiri dari beberapa sub-DAC yang bekerja bersama untuk mengkonversi sinyal digital menjadi sinyal analog. Dalam Segmented DAC, sinyal digital dipecah menjadi segmen-segmen yang lebih kecil, dan setiap segmen diubah menjadi sinyal analog menggunakan sub-DAC yang khusus untuk segmen tersebut.
Keuntungan dari Segmented DAC adalah kemampuannya untuk menghasilkan sinyal analog dengan tingkat presisi yang tinggi dan kemampuan untuk mengatasi masalah non-linearitas yang mungkin terjadi dalam konversi sinyal digital-analog. Selain itu, Segmented DAC juga dapat memberikan fleksibilitas dalam mengatur resolusi dan kecepatan konversi sesuai dengan kebutuhan aplikasi.
Prinsip kerja Segmented DAC
Prinsip kerja Segmented DAC adalah dengan menggabungkan beberapa jenis DAC untuk mencapai performa yang lebih baik.
DAC ini terdiri dari integrator (penjumlahan) di sisi paling kiri. Sinyal masukan diberikan ke integrator melalui komparator atau ADC.
Selanjutnya, terdapat latch yang mengunci keluaran komparator pada setiap pulsa clock, mengirimkan sinyal atau tegangan ke komparator berikutnya dalam rangkaian.
Komparator terakhir diperlukan untuk mengubah tegangan keluaran dari level logika polaritas tunggal (0V-5V) menjadi sinyal tegangan yang akan dikirim kembali ke integrator.
Jika keluaran integrator positif, komparator pertama akan mengeluarkan sinyal ke masukan D.
Dengan menggabungkan berbagai jenis DAC, Segmented DAC dapat mencapai presisi dan akurasi yang tinggi dalam mengkonversi sinyal digital menjadi sinyal analog.
Jenis DAC Delta-Sigma
Jenis DAC yang terakhir yaitu Delta-Sigma DAC (Digital-to-Analog Converter). Delta-Sigma adalah jenis DAC yang menggunakan modulasi delta-sigma untuk mengkonversi sinyal digital menjadi sinyal analog. Delta-sigma DAC bekerja dengan mengubah sinyal digital menjadi bentuk pulsa dengan tingkat frekuensi yang sangat tinggi. Pulsa ini kemudian diubah menjadi sinyal analog melalui proses filtering. Delta-sigma DAC umumnya digunakan dalam aplikasi audio dan pemrosesan sinyal.
Delta-sigma DAC memiliki beberapa keunggulan, termasuk tingkat akurasi yang tinggi, kemampuan untuk menghasilkan sinyal analog dengan resolusi yang tinggi, dan kemampuan untuk mengurangi noise dan distorsi. Namun, delta-sigma DAC juga membutuhkan proses filtering yang kompleks dan memerlukan waktu yang lebih lama untuk menghasilkan sinyal analog yang akurat.
Prinsip kerja delta-sigma DAC
Prinsip kerja delta-sigma DAC melibatkan dua tahap utama: tahap delta dan tahap sigma. Tahap delta melibatkan modulasi delta, di mana sinyal digital dikonversi menjadi pulsa dengan tingkat frekuensi yang sangat tinggi. Tahap sigma melibatkan proses filtering untuk menghasilkan sinyal analog yang akurat.
Op-amp paling kiri adalah integrator (penjumlahan). Op-amp berikutnya yang dimasukkan integrator adalah komparator, atau ADC 1-bit.
Berikutnya adalah flip-flop tipe-D, yang mengunci keluaran komparator pada setiap pulsa clock, mengirimkan sinyal “tinggi” atau “rendah” ke komparator berikutnya di bagian atas rangkaian.
Komparator terakhir ini diperlukan untuk mengubah tegangan keluaran tingkat logika polaritas tunggal 0V / 5V dari flip-flop menjadi sinyal tegangan +V / -V untuk diumpankan kembali ke integrator.
Jika keluaran integrator positif, komparator pertama akan mengeluarkan sinyal “tinggi” ke masukan D pada flip-flop .
Pada pulsa clock berikutnya, sinyal “tinggi” ini akan dikeluarkan dari saluran Q ke masukan non-pembalik dari komparator terakhir.
Komparator terakhir ini, melihat tegangan input lebih besar dari tegangan ambang 1/2 +V, jenuh dalam arah positif, mengirimkan sinyal +V penuh ke input integrator lainnya.
Sinyal umpan balik +V ini cenderung mengarahkan keluaran integrator ke arah negatif. Jika tegangan output menjadi negatif, loop umpan balik akan mengirimkan sinyal korektif (-V) kembali ke input atas integrator untuk mengarahkannya ke arah positif.
