Analog to Digital Conversion

Data analog perlu didigitalkan terlebih dahulu untuk memperbolehkan data tersebut menggunakan system penghantar digital. Pendigitalan data analog akan menghasilkan data digital.

Metode yang dipakai untuk pendigitalan sinyal analog adalah:

1. Pulse Amplitude Modulation (PAM)
2. pulse Code Modulation (PCM)

PAM telah banyak dipakai pada banyak aplikasi, namun tidak dapat berdiri sendiri dalam pemakaian di komunikasi data PAM sebagai langkah pertama menjadi metode lainnya yang disebut PCM.

Pulse Amplitude Modulation (PAM)

Teknik ini mengambil sinyal analog, Sampling dan membangkitkan sederet pulsa. Sampling berarti mengukur amplitudo sinyal pada level/ interval yang sama. Disini menggunakan metode yang namanya sample and hold.

Principle of PAM; (1) original Signal, (2) PAM-Signal, (a) Amplitude of Signal, (b) Time

PCM ( PULSE CODE MODULASI )

Pulse-code modulasi (PCM) adalah suatu penyajian digital dari suatu isyarat analog di mana besaran dari isyarat adalah sampled secara teratur pada interval yang seragam, lalu tercatu kepada satu rangkaian lambang di code digital (biasanya biner). PCM sudah digunakan di dalam sistem telepon digital dan juga standar membentuk untuk audio digital di dalam komputer-komputer dan bentuk buku cakram merah yang ringkas. Ini juga standart di dalam video digital, sebagai contoh, menggunakan ITU-R BT601. Bagaimanapun PCM pada umumnya tidak digunakan untuk video di dalam aplikasi-aplikasi konsumen, definisi yang standar seperti DVD digital versatile disc atau DVR karena laju bit yang diperlukan adalah terlalu ketinggian. Pengkodean PCM memudahkan transmisi digital dari satu hal yang ke yang lain (di dalam suatu sistim yang diberi, atau secara geografis) di dalam wujud serial.

Di dalam diagram, suatu gelombang sinus (kurva merah) sampled dan tercatu untuk PCM. Gelombang sinus itu adalah sampled pada waktu tertentu, yang dinyatakan sebagai detak-detak di sumbu-x. Karena masing-masing sample, salah satunya tersedia nilai-nilai (berdetak di sumbu-y) yang dipilih oleh beberapa algoritma (dalam hal ini, floor function digunakan). Ini menghasilkan suatu penyajian secara penuh yang terpisah dari isyarat masukan, dan dapat dengan mudah disandikan sebagai data digital. Sebagai contohnya gelombang sinus sebelah kanan (phase negatif), kita dapat memverifikasi bahwa nilai-nilai yang tercatu di momen percontohan adalah 7, 9, 11, 12, 13, 14, 14, 15, 15, 15, 14, dll. Menyandi nilai-nilai ini sebagai basis dua akan mengakibatkan sebagai kelanjutan himpunan dari gigitan-gigitan: 0111, 1001, 1011, 1100, 1101, 1110, 1110, 1111, 1111, 1111, 1110, dll. nilai-nilai digital ini adalah lebih lanjut diproses atau dianalisa oleh suatu pemroses sinyal digital tujuan atau tujuan umum spesifik CPU. Beberapa Arus-Arus modulasi kode pulsa dapat juga multiplexed ke dalam suatu arus data kumpulan yang lebih besar, secara umum untuk transmisi arus-arus yang ganda di atas suatu mata rantai secara fisik. Teknik ini disebut multipleksan waktu-divisi, atau TDM multipleksan waktu-divisi, dan secara luas digunakan, khususnya di dalam sistem telepon publik modern.

Ada banyak cara untuk menerapkan suatu alat yang riil bahwa melaksanakan tugas ini. Di dalam sistem riil, alat seperti itu biasanya diterapkan di suatu integrated sirkit bahwa kekurangan hanya waktu penting bagi sampling, dan secara umum dikenal sebagai satu konverter analog-digital (Konverter analog-digital). Alat-alat ini akan hasil di keluaran mereka suatu representasi biner masukan kapan pun mereka dicetuskan oleh suatu sinyal waktu, yang akan dibaca oleh suatu pengolah dari beberapa jenis.

Gambar Rangkaian PCM ( Pulse Code Modulasi )

Digitization sebagai bagian dari proses PCM

Di dalam PCM konvensional, isyarat analog bisanya diproses (eg. oleh tekanan amplitudo) sebelum menjadi digitized. Begitu isyarat digitized, isyarat PCM biasanya diperlakukan pada pengolahan lebih lanjut ( eg. tekanan data digital).

Beberapa bentuk-bentuk dari PCM di kombinasikan pengolahan isyarat dengan persandian. Versi-versi lebih tua sistem ini menerapkan pengolahan di dalam daerah yang analog sebagai bagian dari proses A/D, implementasi-implementasi lebih baru melakukannya di dalam daerah yang digital. Ini teknik-teknik yang sederhana telah sebagian besar disumbangkan usang oleh teknik-teknik tekanan audio berbasis perubahan yang modern.

Ø Diferensial (atau Delta) denyut nadi mengkode modulasi (DPCM) sandi nilai-nilai PCM sebagai perbedaan-perbedaan antara arus dan nilai yang sebelumnya. Karena audio pengkodean jenis ini kurangi banyaknya bit-bit memerlukan per contoh oleh tentang 25% yang dibandingkan dengan PCM. Ramalkan contoh yang berikutnya berdasar pada bertahan(berlangsung sedikit; beberapa contoh-contoh yang dikodekan

Minimise berarti kesalahan squared sisa prediction -gunakan LP persandian Good prediction mengakibatkan suatu pengurangan dalam cakupan yang dinamis yang diperlukan untuk mengkode sisa prediction dan karena pengurangan laju bit dapat digunakan yang tidak seragam quantisasi atau variable panjangnya mengkode.

Ø DPCM Adaptip (ADPCM) adalah suatu varian dari DPCM bahwa bervariasi ukuran dari langkah kuantisasi, untuk mengizinkan[membiarkan lebih lanjut pengurangan luas bidang yang diperlukan untuk suatu rasio signal-to-noise yang diberi.

Gambar - Quantization levels. MODULATION

Gambar - Quantization levels. TIMING

Gambar - Quantization levels. QUANTIZED 5-LEVEL

Gambar - Quantization levels. QUANTIZED 10-LEVEL

Meski kurva-kurva quantization didasarkan pada quantization 10-level 5and, di dalam praktek nyata, tingkatan-tingkatan itu biasanya dibentuk pada beberapa nilai bersifat exponen 2, seperti 4(22), 8(23), 16(24), 32(25) . . .N(2n). Alasan untuk memilih mengukur pada nilai-nilai bersifat exponen 2 keinginan menjadi penting di dalam diskusi PCM. Fm tercatu adalah sebangun dalam cara apapun pada modulasi amplitudo yang tercatu. Yang ,cakupan dari penyimpangan frekuensi yang dibagi menjadi suatu nomor yang terbatas dari nilai-nilai yang standar penyimpangan. Masing-masing sampling pulse mengakibatkan suatu penyimpangan sepadan dengan nilai patokan paling dekat penyimpangan yang nyata di sampling yang segera. Dengan cara yang sama, untuk modulasi fasa, kuantisasi menetapkan satu set nilai-nilai yang standar. Kuantisasi digunakan kebanyakan di frekuensi amplitudeand mengatur sistem pulse

Gambar dibawah ini menunjukkan hubungan antara bilangan desimal, lipat dua, dan suatu pulse mengkode bentuk gelombang bahwa mewakili; menunjukkan angka-angka. Table untuk suatu 16-level mengkode; yang ,16 nilai-nilai yang standar suatu gelombang yang tercatu bisa diwakili oleh groups pulse. Hanya kehadiran atau ketidakhadiran dari pulse itu bersifat penting. Yang berikutnya diperbanyak/ diperbesar akan menjadi suatu 32-level pengkodean, dengan masing-masing nomor sistem desimal yang diwakili oleh satu rangkaian lima digit biner, dibanding empat digit dari gambar 2-49. Six-digit menggolongkan akan menyediakan suatu 64-level pengkodean, tujuh digit suatu 128-level pengkodean, dan sebagainya.

Gamabar - Binary numbers and pulse-code equivalents.

Gambar dibawah ini menunjukkan aplikasi kelompok-kelompok yang pulse-coded ke nilai-nilai patokan dari suatu gelombang yang tercatu.

Gamabar - Pulse-code modulation of a quantized wave (128 bits).

RANGKAIAN

ANALOG - DIGITAL CONVERTER

Digital-to-Analog Converter (DAC)

DAC adalah perangkat untuk mengkonversi sinyal masukan dalam bentuk digital menjadi sinyal

keluaran dalam bentuk analog (tegangan). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding

dengan nilai digital yang masuk ke dalam DAC.

Berikut ini adalah contoh sederhana DAC - N-bit.

Dengan b1 sebagai MSB, bN sebagai LSN, dan VREF adalah tegangan sinyal digital.

Rangkaian lain :

Analog-to-Digital Converter (ADC)

Counting Type

Successive Approximation Register

Parallel Comparator (Brute Force)

SISTEM PENGKODEAN SINYAL

Dasar Teori

1. Konsep dasar sistem pengkodean

Kesalahan (error) merupakan masalah pada sistem komunikasi, sebab dapat mengurangi kinerja dari sistem. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan suatusistem yang dapat mengkoreksi error. Oleh karena itu pada sistem komunikasidiperlukan sistem pengkodean. Gambar 2.1 memperlihatkan sistem pengkodean

satu tingkat.

Bit stream dari sumber data, masuk ke encoder untuk dikedekan. Kemudian bit stream yang telah dikodekan dikirimkan melalui kanal untuk didekodekan. Setelah didekodekan oleh decoder, data tersebut dikirimkan ke user.

2. Kemampuan koreksi kesalahan dari kode.

Besarnya kemampuan koreksi kesalahan dari suatu kode, tergantung dari kode tersebut. Untuk kode blok yang berdasarkan bit, kemampuan koreksi kesalahan dituliskan dalam

rumus berikut;

Dimana : d min = jarak minimum dari kode

Pada rumus tersebut tampak bahwa kemampuan koreksi kesalahan dari kode blok yang berdasarkan bit, ditentukan oleh jarak minimum dari kode tersebut. Sebagai contoh, Reed Salomon, mempunyai jarak minimum 3, dengan menggunakan persamaan (1.1) diperoleh besarnya kemampuan koreksi kesalahan dari kode Konvolusi adalah sebesar 1 bit.

Untuk kode Reed Salomon, jarak minimum digantikan dengan jarak bebas yang dinotasikan dengan d f ree . Besarnya kemampuan koreksi kesalahan dari kode Konvolusi dituliskan dalam rumus berikut :

Pada rumus tersebut tampak bahwa kemampuan koreksi kesalahan dari kode Reed Salomon ditentukan jarak bebas. Sebagai contoh suatu kode Reed Salomon mempunyai jarak bebas sebesar 5,dengan menggunakan persamaan (2.2) diperoleh besarnya kemampuan koreksi kesalahan sebesar 2 bit salah dari urutan bit yang diterima sepanjang.

N = n ( m + L )

Dimana : N = panjang urutan bit

N = jumlah adder

M = jumlah memori

L = truncation length dari kode Reed Salomon, yang panjangnya sebanyak

Baris dari generator matriks.

Unipolar

• Arus mengalir satu arah , dan perubahan arah putar motor tergantung dari lilitan (koil) yang dialiri arus

• Lilitan terpisah dalam 2 bagian dan masing-masing bagian hanya dilewati arus dalam satu arah saja.

Kelemahan jenis Bipolar adalah bahwa rangkaian drivernya lebih kompleks, karena harus dapat mengalirkan arus dalam 2 arah (bolak-balik) lewat koil yang sama.

Inti rangkaian sebenarnya adalah sebuah buffer arus yang berfungsi menguatkan arus-arus logika dan MCU yang menggerakkan motor stepper.

Buffer ini dibentuk dengan menggunakan 2 transistor Bipolar NPN dalam konfigurasi Darlington untuk

menghasilkan penguat arus (hfe) yang tinggi.

Menggunakkan 2 buah rangkaian darlington

Bipolar

Mengacu pada transistor biasa atau IC yang bertentangan dengan komponen MOS dan CMOS.

Bipolar Memory

Memori komputer yang memakai IC bipolar sebagai bagian dari memorinya.

Algoritma Pembangkitan Salah Bit.

Pada penulisan ini didefinisikan transmisi tanpa mod

ulasi dan format sinyal adalah bipolar dimana bit 1 mewakili tegangan V volt dan bit 0 mewakili tegangan –V volt. Bila bit 1 dikirim, error terjadi jika noise positip dengan tegangan lebih besar dari pada V. Hal ini dapat dibuktikan sebagai berikut. Untuk sinyal dengan format bipolar, bit 1 mewakili tegangan V volt dan bit 0 mewakili tegangan – V volt, mempunyai tegangan Treshold sebesar :

Vth =2 ( V V . + (3.5)

= 0 volt

Gambar 3.4 memperlihatkan format sinyal bipolar:

Apabila bit 1 dikirim maka error akan terjadi jika tegangan lebih kecil dari harga Treshold ( 0 Volt ). Tegangan akan lebih kecil dari 0 volt jika noise negatip dengan tegangan lebih kecil dari –V. Apabila bit 0 dikirim maka error akan terjadi jika tegangan lebih besar dari harga Treshold (0 Volt). Tegangan akan lebih besar dari 0 jika noise positip dengan tegangan lebih besar dari +V.

Karena parameter yang dipakai didalam program adalah Signal to Noise ratio (S/R) dan yang akan dicari adalah tegangan (V), maka perlu dibuat suatu hubungan antara tegangan dan variansi dengan signal noise. Didefinisikan tegangan kuadrat (V2) sama dengan daya sinyal (S) karena seolah-olah tegangan dc dan σ2 sama dengan daya noise (N). Dari definisi tersebut dapat dibuat suatu persamaan yaitu :

NS V = 22σ(3.6)

Bila σ2 = 1 maka persamaan (3.6) menjadi :

V2 =NS(3.7)

Pada penulisan ini diasumsikan noise adalah Gaussian dengan rataan 0 dan variansi σ2. Oleh karena asumsi noise adalah Gaussian maka dalam simulasi ini diperlukan pembangkit bilangan acak Gaussian dengan rataan = 0. Karena telah didefinisikan bahwa variansi = 1 maka dalam simulasi diambil harga variansi = 0. Implementasi program pembangkitan bilangan acak yang te

rdistribusi

Gaussian dengan rataan = 0 dan variansi = 1 adalah sebagai berikut :

Var

v1, v2, v3, v4 : real;

Begin

Repeat

v1:=2.0*Random-1;

v2:=2.0*Random-1;

v3:=v1*v1+v2*v2;

Until v3<=1.0

v4:=sqrt((-2*ln(v3)/v3);

u:=v1*v4

End;

Diagram alir pembangkitan salah bit diperlihatkan pada gambar 3.5. Proses pembangkitan salah bit dimulai dengan memberikan nilai Signal to Noise Ratio (SNR) yang diinginkan. Dari harga Signal to Noise Ratio dihitung besarnya tegangan (V) dengan menggunkan persamaan 3.7. Kemudian dibangkitkan sample noise (u) yang berupa bilangan acak berdistribusi Gaussian dengan

rataan 0 dan variansi = 1.

Setelah itu diambil bit-bit yang keluar dari encoder dimana tiap yang diambil dibandingkan dengan tiap sample noise yang dibangkitkan. Berdasarkan sample n

oise dan bit-bit yang keluar dari encoder diputuskan apakah terjadi atau tidak. Bila yang diambil adalah bit 1, error terjadi jika sample noise negatip dengan teganga

n lebih kecil dari –V. Bila yang diambil adalah bit –0, error terjadi jika noise positip dengan tegangan lebih besar dari +V. Jika terjadi error, bit tersebut di invert yakni bit 1 menjadi bit 0 dan bit 0 menjadi bit 1.

Rangkaian Darlington untuk mengatur jumlah arus pada motor stepper

Keuntungan rancangan biphase :

· Synchronisasi : karena adanya transisi selama tiap bit time, receiver dapat men-synchron-kan pada transis tersebut atau dikenal sebagai self clocking codes.

· Tidak ada komponen dc.

· Deteksi terhadap error : ketiadaan dari transisi yang diharapkan, dapat dipakai untuk mendeteksi error.

Kekurangannya :

· memakai bandwidth yang lebih lebar dari pada multilevel binary.

BER Teoritis

Multilevel binary

• Untuk memperoleh BER tertentu, perlu daya 3 dB lebih besar dibandingkan NRZ

Biphase

Kasus Manchester dan differential Manchester

Keunggulan

• Sinkronisasi: penerima dapat melakukan sinkronisasi pada setiap transisi dalam 1 durasi bit
• Tanpa komponen dc
• Deteksi kesalahan: transisi yang tidak terjadi di tengah bit dapat digunakan sebagai indikasi kesalahan

Kelemahan

• Bandwidth lebih besar dibandingkan NRZ dan multilevel binary Kode Manchester digunakan pada standar IEEE 802.3 (CSMA/CD) untuk LAN dengan topologi bus, media transmisi kabel koaksial baseband dan twisted pair Kode differential Manchester digunakan pada IEEE 802.5 (token ring LAN), media transmisi STP