Rangkaian Penambah Daya Port USB – Bagian Pertama

Beberapa waktu yang lalu saya pernah memposting artikel tentang mengoptimalkan koneksi internet mobile broadband dengan menggunakan antena bazzoka, dimana diperlukan sambungan kabel untuk memperpanjang kabel USB. Umumnya kabel yang dibutuhkan untuk sambungan adalah 10 hingga 15 meter atau bahkan lebih, tergantung seberapa ketinggian tiang antenna.

Namun masalah yang seringkali dialami setelah sambungan kabel USB diperpanjang adalah perangkat atau device (seperti modem, printer, dll) tidak terdeteksi oleh komputer atau tidak dapat bekerja dengan baik. Hal tersebut ditandai dengan munculnya notifikasi “USB Device Not Recognized”.

USB Device Not Recognized
Tampilan notifikasi USB error pada desktop.
 

Apa Yang Menjadi Masalah Terhadap Perpanjangan Kabel USB?

Di blog dan website lainnya hampir semuanya memberikan cara yang salah dalam hal membuat perpanjangan kabel USB. Dimana kabel USB dipotong lalu disambung dengan kabel UTP (kabel untuk jaringan LAN). Memang, untuk sambungan kabel USB dengan kabel UTP yang kurang dari 5 meter mungkin tidak menjadi masalah. Tetapi kebanyakan perpanjangan kabel USB dengan kabel UTP untuk antena modem biasanya memerlukan panjang kabel antara 10 hingga 15 meter untuk menyesuaikan ketinggian antenanya. Beberapa hal menjadi masalah:

  1. Penyambungan kabel yang tidak rapi
  2. Penyambungan kabel yang tidak rapi dapat menimbulkan mulai dari gangguan elektris hingga short-circuit (korslet).

  3. Pemilihan kabel untuk sambungan
  4. Perlu diketahui bahwa karakteristik dan spesifikasi kabel UTP tidak sama dengan kabel USB dalam hal penghantaran/transmisi signal data. Definisi standar untuk kabel USB 2.0 menyebutkan bahwa ada beberapa spesifikasi teknis yang harus dipenuhi agar impedansi bisa match diantaranya adalah: transmitter output impedance, line characteristic impedance, dan receiver input impedance

  5. Karakteristik kabel yang tidak sesuai
  6. Sebuah kabel untuk menghantar data melalui USB harus memiliki impedansi 90Ω ± 10% dengan propagasi signaling tidak boleh menyebabkan delay lebih dari 26 ns. Diameter kawat yang digunakan untuk mentransmisi data minimal adalah 28 AWG twisted pair. Sedangkan diameter kawat untuk mengalirkan arus adalah 20 sampai 28 AWG. Di teknik informatika tidak dipelajari mengenai hal ini, begitu juga soal kelistrikan, frekuensi, transmisi, dan signaling bus USB. Oleh karena itu kesalahan besar apabila menanyakan soal USB kepada lulusan IT, karena lebih tepat ditanyakan kepada lulusan di bidang ilmu komputer atau teknik elektro.

Sia-sia bukan mengikuti artikel di blog lain yang dibuat oleh pelajar IT soal perpanjangan kabel USB ini. Sudah beli kabel UTP untuk perpanjangan USB namun akhirnya tidak bisa digunakan karena cara yang diikuti tidak benar? 😆

Kabel apa yang cocok untuk persambungan kabel USB?
Selain tentunya kabel yang memang diperuntukkan untuk aplikasi peralatan USB (kabel shield 4 pair), kabel SFTP Cat7+ dapat menjadi alternatif apabila digunakan untuk perpanjangan kabel USB.

Kabel UTP untuk USB
Contoh penggunaan kabel yang salah. Kabel UTP tidak cocok digunakan untuk penghantar signal USB.
 

Berarti selama ini penggunaan kabel UTP untuk perpanjangan USB tidak berhasil karena terlalu panjang yang mengakibatkan penurunan tegangan?
Tentu saja tidak, jangan sampai dikelirukan oleh pernyataan yang salah! Tidak terlalu bermasalah soal panjangnya kabel UTP yang digunakan untuk perpanjangan USB terhadap penurunan tegangan. Tiap 10 meter kabel UTP Cat5 memiliki resistansi DC sekitar 0.6Ω, artinya tidak banyak penurunan tegangan yang terjadi. Sebab penurunan tegangan pada ujung kabel masih dalam batas minimum tegangan yang disebutkan dalam spesifikasi USB 2.0 yaitu yaitu 4.75 Volt.

Jadi kegagalan yang terjadi bukan karena masalah power loss (kurang arus atau tegangan)?
Penyebab kegagalan adalah karena melemahnya signaling USB D+ dan D-. Tegangan pada D+ dan D- yang menurun menyebabkan device seperti modem, dongle wifi atau hardisk eksternal tidak mendapatkan SnR yang cukup dari D- dan D+ karena pada umumnya tegangan maksimum (amplitude) Vpp dari kedua pin tersebut adalah 3 V. Sehingga apabila kabel yang digunakan sangat panjang maka terjadi penurunan amplitude dan peredaman sinyal.

Selain itu penggunaan kabel yang tidak sesuai (misalnya kabel UTP) akan menimbulkan crosstalk, noise yang besar, dan bertambahnya delay sehingga menyebabkan perangkat USB tidak dikenali oleh komputer. Hal inilah yang menyebabkan notifikasi “USB Not Recognized” pada komputer.Kabel UTP juga rentan sekali terhadap gangguan interferensi dari kondisi di sekitarnya. Hal yang perlu diketahui juga bahwa pada mode High-Speed (USB 2.0), diperlukan aliran arus yang konstan sebesar 17.8 mA pada persinyalannya untuk mengurangi noise.

Berapa panjang maksimal apabila menggunakan kabel yang sesuai?
Maksimalnya adalah 10 meter apabila menggunakan kabel shield 4 pair atau kabel SFTP Cat7+ yang berkualitas baik. Tapi kalau ingin membuat kabel perpanjangan USB hingga 30 meter, maka kamu bisa menambahkan rangkaian penguat yang akan dibahas di artikel kedua.

Membuat Sendiri Perpanjangan USB Kabel SFTP Cat7+

Lebih sulit memang untuk membuat perpanjangan USB dengan kabel SFTP Cat7+ dibandingkan dengan menggunakan kabel shielded 2 pair dengan single drain. Namun kabel SFTP Cat7+ lebih mudah dijumpai di toko sparepart komputer atau peralatan komunikasi. Disini saya akan memberikan langkah singkat pembuatan kabel perpanjangan usb dengan kabel SFTP Cat7+.

  1. Potong heat srink tube kira-kira 3 cm, dan masukkan kabel pada potongan heat shrink tube tersebut.
  2. Kupas kulit terluar kabel kira-kira sepanjang 2 cm, pisahkan serabut dan kawat drain kemudian kupaslah kulit dari masing-masing kawat.
  3. Disini kita hanya membutuhkan 6 kawat saja dari 8 kawat yang tersedia. Ambil bagian pair kawat berwarna hijau putih-hijau, oranye putih-oranye, dan biru putih-biru
  4. Buang sedikit bagian foil pembungkus kawat, dan kupas sedikit ujung kawat hingga terlihat tembaganya.
  5. Siapkan solder, timah dan konektor USB berjenis male
  6. Solderlah pasangan kawat berpilin berwarna oranye putih-oranye ke pin 1 pada konektor USB. Selanjutnya solder pasangan kawat berpilin berwarna biru putih-biru ke pin 4 pada konektor USB.
  7. Berikutnya bukalah pilinan dari pasangan kawat berwarna hijau putih-hijau. Lalu solderlah kawat berwarna putih-hijau ke pin 2 konektor USB dan selanjutnya solderlah kawat berwarna hijau ke pin 3 konektor USB
  8. Pastikan timah solder dan kawat sudah benar-benar menyatu kuat pada tiap-tiap pin konektor USB tersebut.
  9. Jepit konektor tersebut bersamaan dengan serabut kabel. Untuk kawat drain dapat disolder ke body konektornya.
  10. Dorong heatshrink tube hingga menutupi bagian serabut kabel yang masih terlihat, lalu panaskan dengan blower (pakai korek api juga bisa) hingga menyusut dan rapat dengan kabel.
  11. Ulangi langkah yang sama untuk pemasangan konektor USB female pada ujung kabel lainnya.
01 02 03
 

Selesai sudah pembuatan perpanjangan kabel USB ini, namun apabila perangkat USB yang akan dihubungkan memerlukan daya yang lebih besar, misalnya modem usb, WiFi usb stick, hardisk eksternal, dll. Kamu dapat membuat rangkaian penambah daya port USB seperti dibawah ini.

Skema Rangkaian Penambah Daya/Power Injector untuk USB.

Silahkan simak gambar skema rangkaian dibawah ini, klik saja untuk memperbesar gambar. Rangkaian ini sudah dilengkapi dengan sirkuit auto-switching, sehingga ketika kabel dihubungkan ke port USB pada komputer Anda, secara otomatis sumber daya untuk perangkat usb yang dipasang dialihkan ke sumber daya eksternal.

Skema Penambah Daya Port USB
Skema rangkaian power injector usb dengan auto-switching
 

Apa saja alat dan bahan yang diperlukan?
Alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat rangkaian ini adalah:

  • Sebuah copper clad board (CCB)
  • CCB sering juga dikenal sebagai lembaran PCB polos. Lembaran ini yang nantinya dicetak menjadi jalur-jalur rangkaian agar bisa dipasang komponen elektronika.

  • Komponen komponen elektronika
  • Resistor 2.7kΩ (1), 10kΩ (2), 4.7kΩ (1), 1kΩ (1).
    Elco 100nF (2), 220μF/25V (1), 10μF/25V (1)
    Transistor 2N3904/C1815/MPS8050, 2SA684, TIP41C
    IC LM7805 dan sebuah LED (warna bebas sesuai selera)

  • Shield Cable yang berkualitas baik
  • Berisi 4 pair dan panjangnya disesuaikan dengan kebutuhan, ada baiknya tidak lebih dari 15 meter. Disarankan untuk menggunakan shield cable dengan diameter kawat minimal 28 AWG. Alternatif lainnya bisa menggunakan kabel Cat7+. Sangat tidak disarankan menggunakan kabel UTP!

    kabel selubung usb kabel Cat7+
    Gambar kabel shielded USB (kiri) dan kabel Cat7+ (kanan)
     
  • Power Supply DC
  • Dapat dibuat dengan merangkai trafo 12 V dengan kapasitas minimal 2 Ampere, Dioda bridge dan 2 buah Elco 2200 μF/25V. Alternatif lainnya juga bisa menggunakan PSU komputer atau menggunakan adaptor yang kualitasnya baik. Jangan menggunakan adaptor multi selector seperti gambar dibawah ini:

    Adaptor multifungsi abal-abal
    Adaptor jenis ini sering dijual di kaki lima dan kios terbuka di mal.
     
  • Komponen lainnya yang mungkin diperlukan
  • Misalnya heatsink, pcb header, konektor usb diy, timah solder, selotip kabel, dan heat shrink tube.

Hasil jadi dari rangkaian ini adalah seperti gambar dibawah ini: (klik untuk memperbesar)

01 02
Foto hasil akhir perakitan rangkaian penguat arus USB
 

Saya membuat kabel input dan output dengan pin header dengan tujuan supaya pemasangan kabel USB ke rangkaian mudah dicopot-copot dan tidak perlu disolder.

Cara Kerja Rangkaian Penambah Daya/Power Injector untuk USB.

Kalau kita perhatikan skema rangkaian tadi, maka Q1 berfungsi sebagai rangkaian skalar elektronik/switching, dimana transistor bekerja pada daerah saturasi atau cut-off. Sedangkan Q2 dan Q3 membentuk rangkaian cascading penguat arus, yaitu dimana transistor bekerja pada daerah aktif. Apabila input dari rangkaian ini dihubungkan pada pin 1 dari port USB maka terdapat arus cukup besar yang mengalir melalui basis pada Q1 sehingga tegangan antara kolektor dan emitor (Vce) pada Q1 mendekati 0 volt, sehingga Q1 berada dalam kondisi saturasi, akibatnya arus dapat mengalir dari emitor menuju kolektor. Setelah itu arus akan diperkuat oleh Q2 dan Q3. Kemudian output dari Q3 akan disesuaikan tegangannya oleh IC1 yang merupakan rangkaian terpada regulator linier monolitik yang berfungsi regulator tegangan dengan output sebesar 5V.

Besar maksimum arus yang dapat dialirkan oleh rangkaian ini tergantung dari komponen IC1, yaitu LM7805 yang dimana pada umumnya mampu mengalirkan arus hingga 1500mA. Arus sebesar itu sudah lebih dari cukup untuk digunakan bermacam perangkat yang menggunakan USB. Namun apabila kamu menginginkan arus yang lebih besar, kamu dapat memodifikasi kembali rangkaian ini dengan menambahkan sebuah transistor NPN seperti 2N3055.

Saya sudah membuat rangkaian penambah daya port USB seperti skema diatas baik menggunakan kabel shield dan kabel Cat7+ tapi rangkaian tidak bekerja. Dimana lagi salahnya?
Perlu diketahui juga, bahwa tiap tiap chip/controller usb pada motherboard memiliki sensitifitas input/output yang berbeda-beda. Pada sebagian motherboard memang ada yang tidak bekerja apabila total panjang kabel USB yang digunakan mendekati 10 meter. Namun pada kebanyakan chip/controller usb biasanya masih bisa berfungsi apabila perpanjangan kabel usb sekitar 10 meter.

Lalu bagaimana selanjutnya?
Kamu bisa membuat rangkaian penambah daya port USB yang juga disertai rangkaian penguat signalnya. Dengan begini maka nantinya 100% pasti kompatibel dengan banyak chip/controller dan juga perangkat USB yang akan dipasang. Untuk skema rangkaian power injector yang juga dilengkapi denga rangkaian penguat signal USB akan dibahas pada artikel berikutnya, di bagian kedua.

Berapa dana yang diperlukan untuk membuatnya?
Relatif murah koq, untuk kabel shielded khusus USB per meternya hanya Rp.8000. Konektor USB harganya antara Rp.3500 hingga Rp.10000 per buah tergantung tipenya. Sedangkan biaya untuk membeli komponen untuk membuat penguat daya port usb tidak sampai Rp.30000.

Pada artikel berikutnya saya akan membahas cara pembuatan rangkaian penambah daya port USB yang juga dilengkapi dengan rangkaian signal injector. Sehingga selain menguatkan arus dari pin 1 dan pin 4, tentunya juga menguatkan sinyal data yang dihantarkan dari pin 2 dan pin 3 pada port USB di komputer. Dengan demikian bisa diterapkan untuk kabel USB dengan panjang 30 meter tanpa kendala.

Artikel Terkait

[related_posts limit=”5″]

 

60 Comments

  1. Andri35atria 03 Oct 2016 19:36
    • Venantius Venantius 03 Oct 2016 19:39
  2. haryono 24 Aug 2016 06:54
    • Venantius Venantius 24 Aug 2016 09:04
  3. Ab 04 Jul 2016 23:30
    • Venantius Venantius 05 Jul 2016 11:01
  4. meri yulianto 29 Mar 2016 01:16
    • Venantius venantius 30 Mar 2016 23:12
  5. yasir 08 Jan 2016 21:22
    • Venantius venantius 08 Jan 2016 21:54
  6. yasir 08 Jan 2016 21:21
  7. awim 11 Dec 2015 17:52
    • Venantius venantius 11 Dec 2015 21:47
      • athin 10 Jun 2016 21:39

Leave a Reply