jurnal teknik elektro

PERANCANGAN SWITCH MATRIK BESAR
MENGGUNAKAN ARRAY SWITCH ANALOG ZARLINK
1)
M. Zulfin1)
Staf Pengajar Fakultas Teknik USU
Abstrak
Secara tradisional, perancangan sebuah switch matrik yang besar dilakukan dengan menggunakan
switch-switch elektromekanik. Dengan demikian, banyak bagian yang bergerak yang digunakan untuk
membangun switch matrik ini. Dengan kemajuan bidang elektronik, switch elektromekanik saat ini
dapat digantikan dengan switch-switch semikonduktor yang ekivalen yang menawarkan solusi yang
lebih ekonomis dan memiliki keandalan yang lebih baik. Rumpun switch crosspoint analog Zarlink
dapat disusun dengan mudah ke dalam berbagai ukuran konfigurasi switch array dan memiliki kinerja
elektrik yang baik.
Kata kunci: Switch matrik, Array switch analog Zarlink
1.
Pendahuluan
Cara yang paling umum yang digunakan
untuk merancang sebuah switch adalah space
division switching yang mana sinyal-sinyal
secara fisik di-switch dari satu saluran ke saluran
lain. Tidak seperti time division switching di
dalam matrik digital, ada delay yang kecil yang
disumbangkan kepada sinyal karena mekanisme
switching. Delay yang sesungguhnya ditentukan
oleh waktu perambatan melalui switch
semikonduktor dan rangkaian lokal. Ini dikopel
dengan resistor bernilai rendah, sehingga dengan
demikian matrik-matrik dari susunan yang
berbeda dapat dibangun dengan degradasi sinyal
yang kecil. Tujuan dari tulisan ini adalah untuk
memperlihatkan bagaimana matrik switch nonblocking 3 tingkat dapat diimplementasikan
dengan menggunakan array switch Zarlink yang
jumlahnya minimum. Teori pengoptimasian
matrik switch 3 tingkat dibahas dan contohcontoh disajikan. Switch crosspoint MT8816
berukuran 8 x 16 yang telah dipabrikasi oleh
Zarlink Semikonduktor digunakan sebagai
contoh karena ukurannya yang besar akan
mengurangi jumlah keseluruhan divais yang
dibutuhkan dalam perancangan matrik switch.
2.
Perancangan Satu Tingkat
Susunan switch yang paling sederhana
adalah susunan satu tingkat yang terdiri dari M x
N rectangular array dari crosspoint-crosspoint.
Switch matrik ini selalu dapat membuat
hubungan dari satu M ke satu N tanpa
memandang hubungan-hubungan yang telah
dibangun, untuk membangun matrik switch
berukuran 32 x 32 menggunakan MT8816
dibutuhkan 32 + 16 = 2 MT8866 dalam arah
vertikal (Y) dan dibutuhkan 32 : 8 = 4 MT8816
dalam arah horizontal (X). Jadi seluruhnya
dibutuhkan MT8816 sebanyak 8 (4 x 2).
3.
Perancangan Banyak Tingkat
Bila jumlah saluran sangat besar, jumlah
array switch dapat bertambah dengan cepat.
Matrik switch yang berukuran 128 x 128 akan
membutuhkan 128 MT8816 untuk N x N matrik
tingkat satu (di mana N menyatakan ukuran
saluran matrik switch) dan 512 x 512 matrik
switch akan membutuhkan 512 MT8816. Jumlah
crosspoint dapat dikurangi dengan menggunakan
matrik switch multi-stage (banyak tingkat).
Keuntungannya, matrik switch non-blocking
bertingkat akan memberikan penghematan yang
berarti dalam hal jumlah crosspoint dengan
mengorbankan kenaikan redaman sinyal
(resistansi RON adalah tiga kali lebih besar dari
switch satu tingkat), dan keruwetan software
pengendalinya. Persoalan utama dapat diatasi
dengan menambahkan penguatan sinyal di
antara matrik 3-state dan pada waktu yang sama
perancangan software yang teliti dapat
mengurangi kompleksitasnya.
Jurnal Teknik Elektro ENSIKOM Vol. 3, No. 2 – DESEMBER 2005 (36 – 38)
36
Gambar 1. Matrik switch 3-tingkat dengan saluran N x N
Gambar 2. Matrik switch non-blocking 3-tingkat berukuran 128 x 128
Gambar 1 mengilustrasikan rancangan 3
tingkat matrik switch N x N. Tingkat pertama
dan ketiga dari matrik sama, masing-masing
terdiri dari (N + n) array switch yang berukuran
(n x k). Tingkat tengah berisi array switch
berukuran (N + n) x (N + n). Pada bagian
berikut akan dijelaskan bahwa untuk matrik
yang non-blocking nilai k haruslah sama dengan
(2n-1). Jumlah total crosspoint diberikan oleh:
Cn
= 2(N + n) nk + k(N + n)2
= 2(N + n) n (2n – 1) + (2n – 1) (N + n)2
= (2n – 1) [2n + (N + n)2] .................(1)
Untuk memperoleh nilai n yang optimal,
Cn.w.r.t.n didiferensialkan dan persamaan
dibuat sama dengan nol, ini memberikan:
dCn/dn = 2[2N + (N+n)2] – 2(2N – 1)(N + n)3 = 0
2n3 – nN + N = 0 ........................................(2)
Karena N sangat besar, persamaan 2 dapat
didekati dengan:
2n3 – nN = 0
n(op)
= √ N/2 .............................................(3)
di mana n(op) = menyatakan nilai n yang
optimum.
37
Perancangan Switch Matrik Besar Menggunakan Array Switch Analog Zarlink
(M. Zulfin)
Nilai optimum dari Cn (Cn(op)) dapat
diperoleh dengan mensubstitusikan persamaan 3
ke dalam persamaan 1:
•
Cn(op)
= 4N √ 2N -1.......................................(4)
•
di mana Cn(op) menyatakan jumlah minimum
crosspoint.
•
Tabel 1 membandingkan jumlah crosspoint
di dalam sebuah matrik satu tingkat terhadap
matrik tiga tingkat untuk berbagai ukuran
saluran.
Tabel 1. Perbandingan jumlah crosspoint matik satu
tingkat dengan tiga tingkat
Jumlah
Saluran
32
64
128
256
512
1024
2048
Satu Tingkat
(N x N)
1024
4096
16384
65536
261632
1,0E06
4,2E06
Tiga Tingkat
(Cn(op))
896
2640
7680
22147
63488
181268
516096
Sebagai contoh, sebuah matrik switch 3tingkat yang berukuran 128 x 128 dibangun.
Untuk itu, secara bertahap dihitung:
• Ukuran array (nxk) pada tingkat 1 dan
tingkat 3 adalah:
n(op) = √ 128 + 2 = 8
k = 2n – 1 = 2 x 8 – 1 = 15
•
•
Jumlah MT8816 pada tingkat 1 dan
tingkat 3
Ukuran array pada tingkat 2 (N + n) x (N + n)
adalah: 16 x 16.
Setiap array menghendaki 2 x MT8816.
Total jumlah state 2 array adalah: 2 x k =
2 x 15 = 30.
Jumlah total crosspoint MT8816 adalah:
30 + 32 = 62
Penghematan crosspoint MT8816 terhadap
hanya satu tingkat adalah: 128 – 62 = 66.
Gambar 2 mengilustrasikan matrik switch
3-tingkat berukuran 128 x 128.
4.
Kesimpulan
Dari analisis yang dilakukan, tampak
bahwa perancangan matrik switch satu tingkat
dengan jumlah saluran N x N akan tidak
ekonomis, karena membutuhkan banyak
crosspoint. Solusinya adalah dengan membuat
susunan matrik switch bertingkat, sehingga
banyak sekali penghematan crosspoint yang
dilakukan.
Daftar Pustaka
Charles Clos, A Study of Non-Blocking
Switching
Networks,
Bell
System
Technical Journal, March 1953, pp. 406424.
John Bellamy, Digital Telephony, John Wiley &
Sons, 1982, pp. 220 – 242.
Jurnal Teknik Elektro ENSIKOM Vol. 3, No. 2 – DESEMBER 2005 (36 – 38)
38