Materi IlmuKomputer.Com

Artikel Populer IlmuKomputer.Com
Copyright © 2003 IlmuKomputer.Com
USB (Universal Serial Bus)
Riki Sriwijaya
Lisensi Dokumen:
Copyright © 2003 IlmuKomputer.Com
Seluruh dokumen di IlmuKomputer.Com dapat digunakan, dimodifikasi dan
disebarkan secara bebas untuk tujuan bukan komersial (nonprofit), dengan syarat
tidak menghapus atau merubah atribut penulis dan pernyataan copyright yang
disertakan dalam setiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang,
kecuali mendapatkan ijin terlebih dahulu dari IlmuKomputer.Com.
Di tahun 1994, gabungan dari 4 produsen komputer dan elektronika (Compaq, Intel, Microsoft, dan NEC)
memulai usaha untuk membuat spesifikasi Universal Serial Bus (USB), sebuah bus baru yang pada
awalnya didesain untuk keperluan koneksi PC ke line telepon dan untuk perluasan port. Spesifikasi versi
1.0 dirilis pertama kali tahun 1996. Versi 1.1 dirilis oleh Intel tahun 1998 dengan tambahan kemampuan
transfer data pada kecepatan rendah 0,5 MBit/s) dan kecepatan penuh (12 MBit/s). Versi 2.0 diumumkan
tahun 1999, ditambah dengan kemampuart transfer data pada kecepatan tinggi (480 MBit/s).
USB mendukung plug 'n' play dengan load dan unload driver yang dinamis. Pemakai tinggal
menghubungkan piranti USB ke dalam bus kemudian host (komputer) akan mendeteksi kehadiran piranti
ini, mengeceknya dan memasang driver yang diperlukan. User tidak perlu khawatir akan terminasi, seting
IRQ dan alamat port, atau reboot komputer. Jika telah selesai menggunakan piranti USB tersebut, tinggal
cabut saja dari host tanpa terlebih dahulu harus mematikan komputer, yang secara otomatis akan
mendeteksi ketidak-hadiran piranti USB ini, dan kemudian akan meng-unload driver-nya. Proses ini
dilakukan melalui kombinasi PIDNID (Product ID/VendorID). VID disediakan oleh forum pemakai USB
(USB Implement Forum) dan PID dibuat oleh pembuat perangkat keras.
Konektor USB
Ada dua macam konektor USB; konektor A untuk hubungan ke atas (menuju host) dan konektor B untuk
hubungan ke bawah (terhubung ke piranti USB). Secara fisik keduanya dibedakan untuk menghindari
kesalahan pemasangan (lihat gambar 1).
1
2
3
2
1
3
4
4
Konektor USB jenis A
Konektor USB jenis B
Gambar1. Konektor USB
Untuk keperluan yang lebih luas seperti menghubungkan computer ke piranti berukuran kecil seperti;
handphone, PDA dan sebagainya dibuatlah konektor yang lebih kecil seperti; mini-A dan mini-AB.
Semua jenis konektor USB dihubungkan dengan 4 kabel seperti terlihat pada tabel 1:
1
Artikel Populer IlmuKomputer.Com
Copyright © 2003 IlmuKomputer.Com
Nomor Pin
Warna Kabel
Fungsl
1
2
3
4
Merah
Putih
Hijau
Hitam
VBUS (5 volts)
DD+
Ground
Tabel 1. Susunan kabel USB
USB Function
Suatu piranti USB dapat dikatakan sebagai sebuah alat transceiver (pengirim sekaligus penerima), baik
host maupun peralatan USB itu sendiri. Sebuah istilah baru diperkenalkan, yakni USB function yang
maksudnya adalah peralatan USB yang memiliki kemampuan khusus seperti printer, scanner, modem
dan sebagainya.
Endpoint
Endpoint dapat diartikan sebagai sumber data atau pun titik tujuan data. Endpoint merupakan ujung
saluran komunikasi pada USB function. Endpoint dapat juga dilihat sebagai interface antara hardware
suatu function dan firmware yang berjalan di function tersebut. Semua piranti USB harus mendukung
endpoint zero, yang akan menerima semua pengaturan untuk piranti USB tersebut, serta pengecekan
statusnya saat enumerasi.
Pipes
Karena piranti USB mengirim dan menerima data melalui beberapa endpoint yang terpasang seri, maka
software di sisi klien akan mentransfer data melalui pipe. Pipe adalah hubungan secara logika antara host
dan endpoint. Pipe ini memiliki beberapa parameter antara lain berapa besar bandwith yang dialokasikan
untuknya, jenis transfer apa yang digunakan (apakah control, bulk, atau interupsi) serta arah dari data
yang mengalir padanya berikut ukuran maksimum paket (atau ukuran buffer).
Pada USB didefinisikan 2 (dua) macam pipe, yaitu:
 Stream Pipe yang tidak memiliki format; yakni pemakai dapat mengirim sembarang jenis data dan
menerima data melalui ujung USB. Data mengalir berurutan dan arahnya sudah ditentukan in atau out.
Stream pipe bisa digunakan untuk jenis transfer bulk, isokronus dan interupsi. Stream pipe ini bisa
dicontrol baik oleh host maupun klien.
 Message Type yang formatnya sudah tertentu, dan hanya dapat dicontrol oleh host. Data ditransfer
dengan arah yang sudah ditentukan oleh pengirim request. Dapat mentransfer data dalam dua arah,
namun hanya mendukung jenis transfer control.
Karakteristik Elektris USB
Rentang tegangan kerja sinyal USB adalah 0,3 Volt hingga 3,6 Volt (pada beban 1,5 kΩ). Logika tinggi
(digit digital bernilai “1”) didapat jika tegangan sudah melebihi 2,8 Volt terhadap ground pada beban 15
kΩ. Pada piranti USB yang berkecepatan rendah dan penuh, diferensial "1" dikirim dengan menarik D+
hingga lebih besar dari 2,8 volt dengan sebuah resistor 15 kΩ terhubung ke ground dan sekaligus
menarik D- hingga di bawah 0,3 volt dengan sebuah resistor 1,5 kΩ terhubung ke 3,6 volt. Hal yang
sama, diferensial "0" adalah D- lebih besar dari 2,8 volt dan D+ lebih rendah dari 0,3 volt dengan resistor
pull-up dan pull down yang sama. Di bagian penerima, diferensial "1" didetinisikan sebagai D+ lebih
besar 200mV dari D- dan diferensial "0" berarti D+ lebih kecil dari 200mV dibanding D-. Pada USB
berkecepatan tinggi (480 MBit/s) digunakan sumber arus tetap 17,78 mA untuk mengurangi noise.
Untuk transfer data pada kecepatan rendah, bentuk dan lebar gelombang sinyal USB adalah sebagaimana
tampak dalam gambar berikut:
2
Artikel Populer IlmuKomputer.Com
Copyright © 2003 IlmuKomputer.Com
60 nS
4,6 Volt
4-20 nS
-1,0 Volt
166,7 nS
(6 MHz)
Gambar 2. Pulsal sinyal USB 6 MHz
Karena data dikirim serial, maka piranti USB harus mampu menangani gelombang kontinyu dari Gambar
2. Gelombang ini dihubungkan langsung ke pin data USB dari sebuah sumber tegangan dengan impedansi
output 39Ω. Sumber tegangan rangkaian terbuka (open-circuit) untuk keperluan ini seperti tampak pada
Gambar 3, yang sudah diantisipasikan ada pada kemungkinan terburuk dari adanya overshoot dan
undershoot.
Gambar 3. Koneksi USB 6 MHz
Untuk koneksi USB yang kecepatan penuh 12 MHz digunakan kabel twisted-pair terlindung dengan
impedansi 90Ω ±15% dan delay maksimumnya 26 ns. Sedang impedansi pada drivernya harus antara 28Ω
hingga 44Ω. Implementasi driver mengguna-kan CMOS dapat menggunakan rangkaian seperti
ditunjukkan seperti Gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian driver USB 12 MHz dengan CMOS
Jika diukur, arus yang masuk atau keluar piranti USB V l.l tidak boleh melebihi ±10,7I VOH mA.
Tegangan logika yang dimasukkan ke D + dan D - tidak boleh melebihi 0,3VOH untuk logika rendah dan
juga harus turun sebesar 0,7VOH untuk logika tinggi. Gambar 5 berikut ini adalah bentuk pulsa pada
komunikasi 12 MHz.
3
Artikel Populer IlmuKomputer.Com
Copyright © 2003 IlmuKomputer.Com
Gambar 5. Gelombang sinyal USB 12 MHz
Karena ada piranti USB yang berkomunikasi pada kecepatan rendah, 1,5 MHz, maka kombinasi kabel
dan piranti USB harus mengandung kapasitansi tunggal dengan nilai 200pF hingga 450pF di pin D+ dan
D-. Perambatan delay pada kabel kecepatan rendah harus kurang dari 18ns. Berikut ini gambar
gelombang sinyal USB pada kecepatan-rendah.
Gambar 6. Gelombang sinyal USB 1,5 MHz
Data sinyal naik dan turun diukur dari 10% hingga 90% dari sinyal, dengan toleransi 10%. Waktu untuk
ini adalah dari 4ns hingga 20ns, bergantung kecepatan USB yang digunakan.
Deteksi Kecepatan Piranti USB
Piranti USB kecepatan tinggi dan rendah dibedakan oleh posisi resistor pull-up di ujung kabel
downstream sebagai berikut:
 Piranti full-speed diterminalkan dengan resistor pull-up terhubung di D+ seperti Gambar 7.
 Piranti low-speed diterminalkan dengan resistor pull-up terhubung di D-, seperti Gambar 8.
 Terminator pull-down di port down-stream adalah resistor 15kΩ ±5% terhubung ke ground.
4
Artikel Populer IlmuKomputer.Com
Copyright © 2003 IlmuKomputer.Com
Gambar 7. Koneksi resistor & kabel USB full-speed
Gambar 8. Koneksi resistor & kabel USB low-speed
Impedansi input di D+ dan D- tanpa terminasi harus >300kΩ. Sedang input kapasitansi dari port yang
diukur pada pin konektor boleh berbeda pada port upstream dan downstream. Namun kapasitansi
maksimum di downstream adalah 150pF pada D+ dan D-. lni terdiri dari 75pF (maksimum) kapasitansi
terhadap ground di tranceiver dan di konektor, plus tambahan 75pF kapasitansi di masing-masing
konduktor di jalur transmisi antara pengirim dan penerima. Untuk upstream, kapasitansi maksimumnya
adalah 100pF di D+ dan D-. Jadi tambahan kapasitornya hanya sebesar 25pF.
Referensi
 Sutadi, Dwi, I/O BUS & Motherboard, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2003
 Tulloch, mitch. Tulloch, Ingrid, Microsoft Encyclopedia of Networking 2nd edition,
Microsoft Press, Washington, 2002
BIOGRAFI PENULIS
Riki Sriwijaya. Manusia biasa, sekarang sedang kuliah di Institut Teknologi Indonesia, serpong Banten.
5