Kalkulator Resolusi ADC

Masukkan bit dan tegangan referensi ADC untuk mendapatkan ukuran langkah, kesalahan kuantisasi, dan SNR idealnya, konversikan antara volt dan kode, serta ikuti setiap substitusi.

Konverter dan rentang

Angka bulat dari 1 hingga 32 — lebar bit nominal konverter.
Rentang input

Titik pengukuran (opsional)

Biarkan kosong untuk melewati pengukuran.

Berapa banyak bit yang Anda butuhkan? (opsional)

Ukuran langkah dan derau

Ukuran langkah LSB

—

Rumus dan substitusi

LSB = FSR ÷ 2ᴺ · kesalahan maks = ½ LSB · SNR = 6.02N + 1.76 dB

    Masukkan bit dan tegangan referensi untuk melihat ukuran langkah.

    Setiap angka yang Anda masukkan tetap berada di browser ini — tidak ada yang diunggah.

    Tanya Jawab

    Mengapa beberapa sumber membagi dengan 2^N dan yang lainnya dengan 2^N − 1?

    Keduanya adalah dua model berbeda dari konverter yang sama. Lembar data dan teori kuantisasi klasik mendefinisikan LSB = FSR ÷ 2^N, dengan transisi kode pertama pada setengah langkah — itulah model yang digunakan halaman ini. Bentuk Vref ÷ (2^N − 1) berasal dari pemetaan kode teratas tepat pada Vref, yang umum dalam tutorial mikrokontroler. Pada 12 bit, keduanya berbeda sekitar 0.02%, jauh di bawah toleransi referensi nyata mana pun; jangan mencampur keduanya saat memeriksa angka dari berbagai sumber.

    Apakah resolusi 12-bit berarti akurasi 12-bit?

    Tidak. Resolusi hanyalah lebar kode — seberapa halus rentang tersebut dibagi. Akurasi dibatasi oleh INL dan kesalahan offset/gain konverter, toleransi dan derau referensi, serta sirkuit di sekitarnya. Itulah mengapa lembar data mencantumkan ENOB: SAR 12-bit biasanya menghasilkan 10–11 bit efektif. SNR ideal 74 dB yang ditampilkan di sini adalah batas atas yang tidak dapat dicapai oleh konverter 12-bit nyata mana pun.

    Bagaimana input ±Vref mengubah perhitungan?

    Rentang melebar dua kali lipat menjadi 2 × Vref, sehingga konverter yang sama menyelesaikan langkah yang dua kali lebih lebar: LSB = 2 × Vref ÷ 2^N. Kode berjalan dari rel negatif ke rel positif — kode 0 adalah −Vref, kode tengah 2^(N−1) adalah 0 V, dan kode teratas berada satu langkah di bawah +Vref. Pilih rentang bipolar di atas dan nol volt akan tepat berada pada kode tengah.

    Apa yang bisa saya lakukan jika ukuran langkah terlalu kasar?

    Oversampling dan perataan meningkatkan resolusi ketika sinyal membawa sedikit derau: merata-ratakan sampel 4× lebih banyak menghasilkan sekitar satu bit efektif, 16× menghasilkan dua bit, asalkan deraunya bersifat putih dan tidak berkorelasi — sinyal yang sangat bersih dan sangat diam hanya akan mengulang kode yang sama. Selain itu, beralihlah ke konverter dengan bit lebih banyak atau tambahkan tahap penguatan yang dapat diprogram (programmable-gain) agar sinyal mengisi lebih banyak rentang.

    Ditulis dan ditinjau oleh tim editorial BroBroGo.Terakhir diperbarui:

    Menghitung Resolusi dan Karakteristik Ideal ADC

    Analog-to-Digital Converter (ADC) menjembatani dunia fisik analog dengan sistem pemrosesan digital. Dalam merancang rantai sinyal, pemahaman tentang resolusi bit dan tegangan referensi sangat penting untuk menentukan batas kemampuan sistem dalam mendeteksi perubahan tegangan terkecil. Kalkulator Resolusi ADC menyediakan sarana untuk menghitung ukuran langkah Least Significant Bit (LSB), kesalahan kuantisasi maksimum, serta batas teoritis Signal-to-Noise Ratio (SNR).

    Setiap perhitungan yang dilakukan oleh alat ini diproses secara lokal. Setiap angka yang Anda masukkan tetap berada di browser ini — tidak ada yang diunggah. Hal ini memastikan data parameter desain Anda tidak dikirim ke server luar.

    Parameter Input dan Konfigurasi Alat

    Untuk memulai perhitungan, alat ini memerlukan beberapa parameter masukan utama yang menentukan karakteristik elektrik dari konverter yang dievaluasi:

    • Resolusi N (bit): Angka bulat dari 1 hingga 32 — lebar bit nominal konverter.
    • Tegangan referensi: Nilai positif yang menentukan batas atas tegangan referensi.
    • Satuan referensi: Pilihan satuan ukuran untuk tegangan referensi (seperti V, mV, atau µV).
    • Rentang input: Pilihan konfigurasi rentang tegangan masuk, yaitu "Unipolar · 0 hingga Vref" atau "Bipolar · −Vref hingga +Vref".
    • Desimal yang ditampilkan: Jumlah digit di belakang koma untuk penyajian hasil kalkulasi.

    Selain parameter utama, pengguna dapat mengaktifkan fitur opsional untuk melakukan konversi titik pengukuran:

    • Konversi: Pilihan mode antara "Tegangan → kode" atau "Kode → tegangan".
    • Tegangan input: Nilai tegangan yang ingin dikonversi menjadi kode digital.
    • Kode (cacah): Angka bulat dari 0 hingga kode teratas untuk dikonversi kembali menjadi nilai tegangan.
    • Satuan tegangan: Satuan ukuran untuk tegangan input atau tegangan kode.
    • Perubahan terkecil untuk diselesaikan: Target langkah tegangan minimum yang ingin dideteksi untuk menentukan kebutuhan bit minimum.
    • Satuan langkah: Satuan ukuran untuk target perubahan terkecil tersebut.

    Tombol "Muat contoh" dapat digunakan untuk mengisi nilai sampel secara otomatis, sedangkan tombol "Bersihkan" akan mengosongkan seluruh kolom input.

    Hasil Perhitungan dan Parameter Derau

    Setelah parameter dimasukkan, alat akan menampilkan hasil kalkulasi secara instan yang dikelompokkan ke dalam beberapa label antarmuka berikut:

    Ukuran langkah dan derau

    • Ukuran langkah LSB: Ukuran langkah LSB dalam satuan tegangan, dilengkapi sub-label yang menunjukkan persentase terhadap skala penuh dan nilai dalam ppm.
    • Tingkat kuantisasi: Jumlah total tingkat diskret yang dapat direpresentasikan (2^N).
    • Kode teratas: Nilai kode digital maksimum (2^N - 1).
    • Rentang skala penuh: Total rentang tegangan (Full-Scale Range atau FSR) dari konverter.
    • Kesalahan kuantisasi maks (±½ LSB): Batas kesalahan kuantisasi teoritis maksimum.
    • Derau kuantisasi (rms): Nilai root-mean-square dari derau kuantisasi.
    • SNR ideal (sinus skala penuh): Batas atas rasio sinyal terhadap derau dalam satuan desibel.
    • Rentang dinamis: Batas dinamis teoritis dalam desibel.

    Pada titik pengukuran

    Jika fitur konversi titik pengukuran diaktifkan, hasil berikut akan ditampilkan:

    • Kode output: Kode digital hasil konversi dari tegangan input.
    • Biner: Representasi biner dari kode output.
    • Heksadesimal: Representasi heksadesimal dari kode output.
    • Tegangan kode: Tegangan analog yang tepat merepresentasikan kode digital tersebut.
    • Kesalahan kuantisasi: Selisih antara tegangan input aktual dengan tegangan kode yang dihasilkan.
    • Jendela input untuk kode ini: Rentang tegangan analog yang akan menghasilkan kode digital yang sama.

    Berapa banyak bit yang Anda butuhkan?

    Saat Anda memasukkan langkah target pada kolom "Perubahan terkecil untuk diselesaikan", kalkulator menghitung berapa banyak bit minimum yang diperlukan untuk menyelesaikan langkah tersebut:

    N ≥ log₂(FSR ÷ langkah)

    Hasilnya selalu dibulatkan ke atas ke bilangan bulat bit terdekat. Kebutuhan itu kemudian dibandingkan dengan lebar bit yang dipilih: jika konverter memenuhi target, alat akan mengonfirmasinya; jika tidak, alat menampilkan ukuran langkah yang benar-benar dapat diselesaikan oleh konverter saat ini.

    Rumus dan Substitusi Matematis

    Kalkulator ini menampilkan langkah kerja matematis secara transparan dengan memasukkan angka-angka input langsung ke dalam rumus berikut:

    • Rentang Skala Penuh (FSR):
      • Unipolar: FSR = V_(ref)
      • Bipolar: FSR = 2 × V_(ref)
    • Tingkat kuantisasi: Tingkat = 2^N
    • Ukuran langkah LSB: LSB = FSR ÷ 2^N
    • Kesalahan kuantisasi maks: ±LSB ÷ 2
    • Derau kuantisasi (rms): LSB ÷ √(12)
    • SNR ideal (sinus skala penuh): SNR = 6.02 × N + 1.76 dB
    • Rentang dinamis: 6.02 × N dB
    • Konversi Tegangan ke Kode:
      • Unipolar: kode = round(V_(in) ÷ LSB)
      • Bipolar: kode = round((V_(in) + V_(ref)) ÷ LSB)
    • Konversi Kode ke Tegangan:
      • Unipolar: V = kode × LSB
      • Bipolar: V = kode × LSB - V_(ref)
    • Kesalahan kuantisasi pada titik pengukuran: tegangan kode - tegangan input
    • Penentuan Ukuran Bit: N ≥ log₂(FSR ÷ langkah), dibulatkan ke atas ke bilangan bulat terdekat.

    Contoh Perhitungan Nyata (Nilai "Muat contoh")

    Jika Anda menggunakan resolusi 12 bit, tegangan referensi 3.3 V, dan rentang unipolar, maka:

    • Tingkat kuantisasi = 2¹² = 4.096 tingkat.
    • Kode teratas = 4.095.
    • LSB = 3.3 V ÷ 4.096 ≈ 805.6641 µV.
    • Kesalahan kuantisasi maks = ± 402.832 µV.
    • Derau kuantisasi ≈ 232.5752 µV rms.
    • SNR ideal ≈ 74.01 dB.
    • Rentang dinamis ≈ 72.25 dB.
    • Input sebesar 1.65 V berada tepat di tengah skala, menghasilkan kode 2.048 (biner 1000 0000 0000, heksadesimal 0x800) dengan kesalahan kuantisasi nol.

    Aturan Batas dan Penanganan Kasus Khusus

    Alat ini menerapkan model kuantiser ideal di mana transisi kode pertama terjadi pada setengah langkah (1 / 2 LSB). Namun, pada kondisi nyata, terdapat beberapa batasan fisik yang disimulasikan melalui aturan berikut:

    • Saturasi Rel Tinggi (High Rail Clipping): Jika tegangan input melebihi batas atas rentang, output digital akan tertahan pada kode teratas (2^N - 1). Alat akan menampilkan peringatan: "Input berada di atas rel tinggi: output jenuh pada kode teratas, dan kesalahan yang ditampilkan adalah sisa yang sebenarnya — batas ±½ LSB tidak lagi berlaku."
    • Saturasi Rel Rendah (Low Rail Clipping): Jika tegangan input berada di bawah batas minimum rentang, output digital akan tertahan pada kode 0. Alat akan menampilkan peringatan: "Input berada di bawah rel rendah: output jenuh pada kode 0, dan kesalahan yang ditampilkan adalah sisa yang sebenarnya — batas ±½ LSB tidak lagi berlaku."
    • Input Tengah Skala (Mid-Scale): Jika input berada tepat di tengah rentang tegangan, alat akan memberikan catatan bahwa setengah rentang dipetakan ke kode tengah dengan kesalahan kuantisasi nol.
    • Batasan Teoretis: Seluruh perhitungan mengasumsikan konverter ideal. Pada praktiknya, parameter seperti Integral Non-Linearity (INL), Differential Non-Linearity (DNL), kesalahan offset, gain, serta derau referensi tegangan akan menurunkan kinerja nyata di bawah batas teoritis ini.

    Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

    Apakah resolusi 12-bit berarti akurasi 12-bit?
    Tidak. Resolusi hanyalah lebar kode — seberapa halus rentang tersebut dibagi. Akurasi dibatasi oleh INL dan kesalahan offset/gain konverter, toleransi dan derau referensi, serta sirkuit di sekitarnya. Itulah mengapa lembar data mencantumkan ENOB: SAR 12-bit biasanya menghasilkan 10–11 bit efektif. SNR ideal 74 dB yang ditampilkan di sini adalah batas atas yang tidak dapat dicapai oleh konverter 12-bit nyata mana pun.

    Bagaimana input ±Vref mengubah perhitungan?
    Rentang melebar dua kali lipat menjadi 2 × Vref, sehingga konverter yang sama menyelesaikan langkah yang dua kali lebih lebar: LSB = 2 × Vref ÷ 2^N. Kode berjalan dari rel negatif ke rel positif — kode 0 adalah −Vref, kode tengah 2^(N−1) adalah 0 V, dan kode teratas berada satu langkah di bawah +Vref. Pilih rentang bipolar di atas dan nol volt akan tepat berada pada kode tengah.

    Mengapa beberapa sumber membagi dengan 2^N dan yang lainnya dengan 2^N − 1?
    Keduanya adalah dua model berbeda dari konverter yang sama. Lembar data dan teori kuantisasi klasik mendefinisikan LSB = FSR ÷ 2^N, dengan transisi kode pertama pada setengah langkah — itulah model yang digunakan halaman ini. Bentuk Vref ÷ (2^N − 1) berasal dari pemetaan kode teratas tepat pada Vref, yang umum dalam tutorial mikrokontroler. Pada 12 bit, keduanya berbeda sekitar 0.02%, jauh di bawah toleransi referensi nyata mana pun; jangan mencampur keduanya saat memeriksa angka dari berbagai sumber.

    Apa yang bisa saya lakukan jika ukuran langkah terlalu kasar?
    Oversampling dan perataan meningkatkan resolusi ketika sinyal membawa sedikit derau: merata-ratakan sampel 4× lebih banyak menghasilkan sekitar satu bit efektif, 16× menghasilkan dua bit, asalkan deraunya bersifat putih dan tidak berkorelasi — sinyal yang sangat bersih dan sangat diam hanya akan mengulang kode yang sama. Selain itu, beralihlah ke konverter dengan bit lebih banyak atau tambahkan tahap penguatan yang dapat diprogram (programmable-gain) agar sinyal mengisi lebih banyak rentang.

    Kalkulator Hukum OhmMasukkan dua nilai dari tegangan, arus, hambatan, atau daya, dan dapatkan dua nilai lainnya secara instan.Kalkulator Impedansi Saluran TransmisiMasukkan saluran, bebannya, dan frekuensi, lalu baca impedansi pada input, VSWR, dan gelombang berdiri di sepanjang saluran, dengan setiap substitusi ditampilkan.Konverter Biner/HeksadesimalKonversi angka antara biner, heksadesimal, desimal, dan oktal — atau ubah teks menjadi byte.Konverter SatuanKonversikan panjang, berat, suhu, luas, volume, dan kecepatan antar-satuan apa saja secara instan.