Antar Muka Input Analog

Mikroprosesor dapat menerima input analog maupun digital. Pada input analog, tentunya terjadi perubahan dari analog ke digital dengan menggunakan ADC (Analog to Digital Converter). Namun sebelum masuk ke ADC, ada beberapa proses yang perlu diperhatikan, di antaranya:

• Level shift, karena pada umumnya input analog berbentuk sinyal AC yang negatif dan positif, sedangkan kebanyakan ADC hanya menerima sinyal positif. Sinyal yang ada negatif dan positif ditambah dengan suatu nilai, sehingga semua sinyal menjadi bernilai positif. Jika ADC dapat menerima sinyal positif, maka level shift ini tidak diperlukan.
• Penguat (amplifier) atau peredam (attenuator), untuk memperkuat atau memperlemah sinyal agar rentang tegangan sinyal analog yang masuk dan rentang tegangan ADC cocok
• Clipper / clamp. ADC hanya dapat menerima tegangan pada rentang tertentu tanpa merusaknya. Misal  pin ATMega328 pada Arduino hanya dapat menerima tegangan maksimal VCC+0,7 volt dan minimal GND-0,7 volt. Untuk itu perlu ada rangkaian yang dapat memotong sinyal masuk jika melebihi batas tersebut. Sebenarnya sinyal dari penguat/peredam seharusnya sudah berada dalam rentang tegangan ADC, namun pada kondisi tertentu, sinyal input kadang-kadang dapat naik-turn di luar jangkauan yang normal. Jika kita tidak yakin 100% bahwa tegangan akan berada pada rentang tersebut, maka lebih aman jika dipasang clipper / clamp.
• Filter anti aliasing / Low Pass Filter. Frekuensi sinyal input harus kurang dari 1/2 frekuensi sampling supaya tidak terjadi aliasing.
• Tegangan referensi. ADC memerlukan tegangan referensi, ada yang tegangan referensi didapat dari luar mikroprosesor, ada juga mikroprosesor yang sudah menggunakan tegangan referensi built in.
• Sample & Hold. Jika perubahan sinyal input sangat cepat dibandingkan dengan kecepatan konversi pada ADC, maka tegangan input perlu ditahan (hold) dengan suatu rangkaian , supaya tegangan input ADC tidak berubah-ubah selama konversi berlangsung.
• Multiplexer, jika 1 ADC dipakai untuk beberapa kanal input yang berbeda. Khusus untu multiplexer dibahas di artikel “Antar Muka Input Analog Multi Kanal“
• Surge Arrester. Khusus jika ada resiko sambaran petir tidak langsung,  maka pada input analog perlu dipasang surge arrester untuk meredam imbas sambaran petir tidak langsung tersebut.
  

Level Shift

Level shift pada prinsipnya adalah rangkaian penjumlah (adder) berbasis op-amp. Rangkaian level shift ini dapat disatukan dengan amplifier/attenuator, dengan mengatur besarnya penguatan yang diperlukan. Berikut contoh level shift yang mengubah sinyal analog dengan rentang -5 sampai +5 menjadi rentang 0 sampai 3,3 volt.

Referensi:

• Non Inverting op-amp level shifter https://daycounter.com/Circuits/OpAmp-Level-Shifter/OpAmp-Level-Shifter.phtml

Filter Anti Aliasing

Berikut ini contoh rangkaian low pass orde 1 pasif sederhana:

Berikut ini contoh rangkaian low pass orde 2 aktif  berbasis op-amp:

Referensi

• Low pass filter https://en.wikipedia.org/wiki/Low-pass_filter
• Active Low Pass Filter https://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_5.html

Clipper / Clamp

Output dari rangkaian analog dapat memiliki level tegangan di luar kemampuan ADC, untuk itu tegangan yang masuk ke bagian ADC perlu dijaga supaya tidak terlalu tinggi dan juga tidak terlalu rendah.

Berikut ini contoh rangkaian clamp berbasis diode schottky

Berikut contoh rangkaian berbasis op  amp yang membatasi sinyal analog menjadi rentang 0 volt sampai dengan 4,096 volt dengan op-amp LT6015.

Referensi

• Protecting ADC Inputs https://www.analog.com/en/technical-articles/protecting-adc-inputs.html
• Precison Positive & Negative Clipper https://www.analog.com/en/technical-articles/op-amp-precision-positive-negative-clipper-using-lt6015-lt6016-lt6017.html