Interface Electronic Circuits http://unp.ac.id/ Interface Electronic Circuits Dwi Sudarno Putra, ST, MT. http://dwisudarnoputra.wordpress.com/

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Overview

Overview

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Input Characteristics of Interface Circuits Kemungkinan permasalahan pada sinyal yang dihasilkan sensor : Terlalu lemah Mengandung derau Mengandung komponen-komponen sinyal yang tak seharusnya Tidak sesuai dengan masukan yang diinginkan oleh sistem data akuisisi yang ada

Input Characteristics of Interface Circuits Untuk itu diperlukan pengkondisian dahulu oleh sebuah interface circuit sebelum diteruskan ke bagian pemroses (load device) Pengkondisian oleh interface circuit bertujuan untuk mengubah sinyal keluaran dari sensor agar cocok dengan format masukan load device

Input Characteristics of Interface Circuits Bagian masukan interface circuit dapat ditentukan melalui beberapa standard angka, angka-angka ini yang akan menentukan seberapa akurat rangkaian dapat memproses sinyal keluaran sensor Selain itu angka-angka ini juga menentukan seberapa besar kontribusi rangkaian terhadap total budget eror dari sebuah sensor Contohnya masalah range akurasi, dan frekuensi kerja

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Amplifiers Sebagian besar sensor pasif menghasilkan tegangan yang sangat kecil (mikroVolt atau bahkan pikoAmpere) Sedangkan standar dari rangkaian pemroses data elektronik memerlukan masukan dengan orde Volt atau miliAmper Sehingga diperlukan penguat (tegangan maupun arus) Penguatan ini digolongkan sebagai bagian dari pengkondisian sinyal

Amplifiers Ada beberapa standar konfigurasi amplifier yang dapat digunakan untuk menguatkan sinyal dari beberapa sensor. Amplifier bisa terdiri dari beberapa komponen diskret seperti semikonduktor, resistor, kapasitor dan induktor. Atau bisa juga amplifier tersusun dari sebuah blok standar (IC) seperti operational amplifier dan bermacam komponen diskrit

Amplifiers Pada kenyataannya tujuan amplifier ternyata tidak hanya sebagai penguat sinyal, namun juga sebagai impedance matching, penambah rasio signal to noise, filter dan pembatas antara input dan output Beberapa jenis amplifier yang sering dipakai dalam sistem sensor diantaranya : Operational Amplifier Voltage Follower InstrumentationAmplifier ChargeAmplifiers

Amplifiers - Operational Amplfier Operational Amplfier merupakan salah satu bentuk penguat dasar yang tersusun dalam bentuk IC. OpAmp terdiri dari kombinasi ratusan transistor , resistor dan kapasitor. Diagram blok OpAmp Karakteristik penguat operasional ideal adalah: Gain tegangan tidak terbatas. Impedansi masukan tidak terbatas. Impedansi keluaran nol. Lebar pita tidak terbatas. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol).

Amplifiers - Voltage Follower Voltage Follower adalah rangkaian elektronik yang menyediakan konversi impedansi dari tingkat impedansi yang tinggi ke tingkat impedansi yang rendah. Voltage Follower dikatakan baik jika memiliki gain tegangan mendekati 1. Karena rendahnya impedansi keluaran maka voltage follower bisa melakukan penguatan pada arus yang dikeluarkan

Amplifiers Instrumentation Amplifier (IA) adalah penguat dengan 2 masukan dan satu keluaran. Besarnya penguatan biasanya tidak lebih dari 100 kali. Fungsi utama dari IA adalah memproduksi sinyal keluaran yang sebanding dengan selisih tegangan anatara masukan pertama dan masukan kedua

Amplifiers - Charge Amplifier Charge Amplifier (CA) adalah penguat yang bertugas untuk mengkonversi keluaran sensor yang berupa charge/muatan listrik maupun arus listrik yang sangat kecil (picoColoumb, picoAmpere ) menjadi tegangan listrik

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Excitation Circuits Sensor aktif perlu external power untuk beroperasi seperti sensor temperatur (thermistor), sensor tekanan (piezoresistif dan kapasitif), sensor perpindahan (elektromagnet dan resistansi) External power tersebut dialirkan ke sensor dalam beberapa bentuk berbeda (bentuk tegangan/arus konstan, maupun bentuk sinusoidal atau bentuk pulsa.) Cara mengalirkannya juga bisa secara langsung (wire) maupun tidak langsung (radiasi ion, cahaya)

Excitation Circuits External Power inilah yang disebut sebagai excitation signal yang dihasilkan oleh rangkaian eksitasi Karena fungsinya tersebut, maka tingkat kestabilan dan kepresisian sinyal eksitasi akan berpengaruh secara langsung pada stabilitas dan akurasi sensor Beberapa bentuk Excitation Circuits antara lain : Current Generators Voltage References Oscillators

Excitation Circuits - Current Generators Current Generators sering digunakan sebagai sinyal eksitasi untuk memberikan arus tertentu pada sensor yang mana arus tersebut tidak terpengaruh oleh propertis sensor, nilai stimulus ataupun faktor lingkungan juga besarnya arus tidak terpengaruh pada impedansi beban

Excitation Circuits - Voltage References Voltage Reference adalah perangkat elektronik yang menghasilkan tegangan konstan yang terpengaruh oleh variasi power suply, temperatur, beban, penuaan dan faktorlainnya

Excitation Circuits - Oscillators Oscillators adalah pembangkit bermacam sinyal listrik (gelombang sinus, gelombang kotak, gelombang segitiga, dll). Oscillator gelombang kotak Oscillator gelombang sinus

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Analog-to-Digital Converters Berfungsi untuk merubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Misalnya mengubah data tegangan analog menjadi data digital yang sebanding. Data digital tersebut biasanya diperlukan oleh device pemrosen digital yang digunakan oleh sistem.

Analog-to-Digital Converters Karakteristik penting dalam ADC adalah kecepatan sampling dan resolusi

Analog-to-Digital Converters Ada beberapa metode yang digunakan pada ADC Komparator Counter Ramp Successive Aproximation Register

Analog-to-Digital Converters Komparator Vin < Vreff output 0 Vin > Vreff output 1

Analog-to-Digital Converters Counter Ramp Tegangan input dibandingkkan dengan referensi oleh komparator Clock Oscilator berdetak Output oscilator dan komparator masuk ke gerbang AND Counter akan naik setiap kali ada masukan yang datang dari keluaran gerbang AND Output counter akan di jadikan acuan pada digital output juga masukan bagi D/A converter Aksi converter akan berhenti ketika Output dari D/A converter sama atau lebih besar dari Vin

Analog-to-Digital Converters Successive Aproximation Register SAR bekerja dengan urutan clock n (7 s/d 0) Setiap clock n akan menghasilkan output D7 s/d D0 memiliki tegangan keluaran tertentu Tiap periode n tegangan masukan (Vin) akan dibandingkan dengan keluaran DAC (Vout) Jika Vin >Vout maka pada nilai Dn pada clock n akan bernilai 1 jika sebaliknya bernilai 0 Contoh nilai 6.84 Volt  1010 1111

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Data Transmission Transmisi Data adalah proses pengiriman data dari sensor ke bagian lain dalam sebuah sistem Dapat dikirimkan dengan menggunakan 2 bentuk yakni : > Data analog > Data digital

Data Transmission Wire transmision 2 wire transmision

Focus Today Overview Input Characteristics of Interface Circuits Amplifiers Excitation Circuits Analog-to-Digital Converters Data Transmission Noise in Sensors and Circuits

Noise in Sensors and Circuits Noise / derau adalah bagian dari keluaran sensor yang bukan merupakan sinyal yang diinginkan Noise tidak bisa dihilangkan sama sekali tapi bisa dicegah, disembuhkan atau ditahan

Noise in Sensors and Circuits Dalam sebuah sistem sensor derau bisa terjadi di sensor itu sendiri, maupun di rangkaian sistemnya selain itu derau juga dapat disebabkan oleh proses transmisi data

Noise in Sensors and Circuits Perbandingan signal informasi dan noise disebut dengan istilah Signal to Noise Ratio (SNR) Beberapa efek yang disebabkan oleh derau Informasi yang disampaikan tidak sesuai dengan kondisi sebenarnya. Memperlama waktu proses di dalam sistem Informasi tidak dapat diproses karena bentuk informasi yang berubah karena noise yang terlalu besar.

Referensi Handbook Of Modern Sensors Physics, Designs,and Applications 4th Edition [Chapter 5] http://www.autoshop101.com/ Related document, video and image from Youtube, Google