tulisan dosen-dosen teknik elektro

Microgrid: Masa Depan Sistem Tenaga Listrik

1. Pendahuluan

Struktur sistem tenaga listrik di berbagai belahan dunia sedang mengalami perubahan yang signifikan di era milenial ini. Walaupun di Indonesia belum terlalu tampak, bukan tidak mungkin dalam beberapa tahun ke depan akan terasa perubahannya. Pernahkah pembaca sekalian bayangkan kalau suatu hari daerah/kampung tempat tinggal pembaca memiliki sumber energi listrik sendiri yang dikelola secara mandiri, menghasilkan energi listrik berlebih, dan kemudian menjualnya ke PLN? Kurang lebih seperti itulah struktur sistem tenaga listrik yang sedang emerging di berbagai negara. Struktur yang seperti menghasilkan klaster-klaster sistem tenaga kecil yang disebut sebagai microgrid. Berbeda dengan sistem tenaga konvensional yang berukuran raksasa dan dikelola secara terpusat oleh satu pengelola (di Indonesia, fungsi ini dijalankan oleh PLN), microgrid sifatnya terdistribusi dan bisa menjangkau daerah-daerah terpencil yang tidak terjamah grid utama.

Secara garis besar, terdapat perbedaan paradigma antara sistem tenaga berbasis pembangkit konvensional dengan sistem tenaga “terdistribusi” ini. Sistem tenaga konvensional dibangun berdasarkan lokasi sumber energi. Dimana sumber energi berada, di situlah pembangkit dibangun dan dari situlah kemudian dibangun saluran transmisi dan distribusi yang sangat panjang untuk menjangkau konsumen. Sayangnya, terkadang tidak semua konsumen bisa terjangkau oleh sistem ini, terutama konsumen di daerah terpencil dengan aksesibilitas terbatas. Hal inilah yang menjadi concern di sistem tenaga terdistribusi. Sistem tenaga terdistribusi dibangun berdasarkan lokasi beban/konsumen. Dimana konsumen berada, di situ atau di dekat situlah sistem tenaga dibangun. Karena kedekatan dengan konsumen ini, saluran transmisi dan distribusi praktis tidak diperlukan lagi.

Microgrid bukannya tanpa kelemahan/kekurangan. Namun demikian, pada kenyataannya utilisasi microgrid terus bertambah dengan pesat dan menjadi solusi yang efektif untuk mengatasi kekurangan energi listrik di berbagai wilayah. Salah satu faktor pendorongnya adalah biaya investasi pembangkit berbasis energi terbarukan yang semakin turun. Hal ini karena teknologi terkait, seperti teknologi panel surya dan turbin angin, yang telah memasuki fase mature sehingga dimungkinkan produksi masal dalam jumlah besar. Walaupun sumber energi di microgrid tidak harus berupa energi terbarukan, pertumbuhan utilisasi energi terbarukan yang sangat pesat [1] akan tetap menjadi driving-force utama pertumbuhan microgrid di tahun-tahun mendatang.

Contoh microgrid di dunia nyata ditunjukkan pada Gambar 1. Microgrid ini dibangun di area kampus University of California, San Diego dan ditenagai oleh tiga pembangkit, yakni solar panel, sel bahan bakar, dan combined heat and power (CHP). Selain itu, microgrid ini juga dilengkapi dengan beragam perangkat penyimpan energi, yang meliputi baterai, ultrakapasitor, dan perangkat berbasis termal. Proyek ini adalah contoh success story dalam implementasi microgrid, dibuktikan dengan banyaknya investasi yang datang untuk pengembangan lebih lanjut [2].

Gambar 1. Sebuah microgrid yang dibangun di area kampus University of California, San Diego [2]

2. Struktur Microgrid

Pada prinsipnya, struktur microgrid mirip dengan grid (sistem tenaga) utama/konvensional, hanya ukurannya yang jauh lebih kecil. Namun tidak semua sistem tenaga berskala kecil bisa disebut sebagai microgrid. Definisi formal microgrid yang dipopulerkan US Department of Energy berikut bisa menjadi acuan [3],

A microgrid is a group of interconnected loads and distributed energy resources within clearly defined electrical boundaries that acts as a single controllable entity with respect to the grid. A microgrid can connect and disconnect from the grid to enable it to operate in both grid-connected or island-mode.

Jadi, untuk bisa disebut microgrid, sebuah sistem tenaga berskala kecil harus memenuhi syarat-syarat berikut: (i) memiliki batas-batas yang jelas secara elektrik, (ii) mampu mengkonsolidasi pembangkitan terdistribusi (distributed generation atau disingkat DG), beban, dan penyimpan energi sebagai sebuah entitas tunggal, (iii) dapat beroperasi dalam mode islanding, yakni memiliki self-sufficiency untuk menyuplai beban-beban kritis ketika tidak terhubung ke grid utama, atau terhubung ke grid utama.

Dalam operasinya, sebuah microgrid bisa beroperasi secara mandiri (stand-alone microgrid) ataupun terhubung ke grid utama (grid-connected microgrid). Microgrid yang didesain untuk beroperasi secara mandiri lebih sederhana dalam perencanaannya, namun sangat rawan terhadap fluktuasi dengan kondisi alam apabila menggunakan sumber energi terbarukan dalam porsi yang besar. Karena itulah, operasi microgrid yang terhubung ke grid utama menjadi pilihan di banyak tempat. Gambar 2 menunjukkan struktur sebuah microgrid yang terhubung ke grid utama melalui sebuah titik koneksi yang disebut point of common coupling (PCC).

Gambar 2. Struktur microgrid terhubung ke grid utama (grid-connected micrgrid)

 

Komponen utama dalam sebuah microgrid adalah pembangkitan, yang di microgrid biasa disebut dengan pembangkitan terdistribusi (DG). Sumber energi DG bisa berupa sumber energi terbarukan maupun non-terbarukan. Yang menjadi catatan penting adalah walaupun porsi DG berbasis sumber energi terbarukan (seperti energi surya dan angin) terus meningkat, microgrid tidak mungkin mengandalkan energi terbarukan 100%. Hal ini karena sifat intermitensi yang sangat tinggi dari kedua energi tersebut, terlebih-lebih angin. Karenanya, pembangkitan berbasis sumber non-terbarukan (seperti unit diesel and turbin gas mikro) masih terus akan dipakai. Berbagai tipe pembangkit yang umumnya digunakan di microgrid ditunjukkan di Tabel 1.

Tabel 1. Tipe-tipe pembangkit yang digunakan di microgrid

Pembangkit Prinsip Kerja
Turbin angin (wind turbine) Mengkonversi energi kinetik angin menjadi menjadi energi listrik melalui generator
Panel surya (solar panel) Mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik.
Turbin gas mikro (micro turbine) Mengkonversi energi panas dari gas alam (atau bahan bakar lain) menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini yang menjadi input bagi generator untuk menghasilkan energi listrik.
Sel bahan bakar (fuel cell) Mengkonversi energi kimia dari bahan bakar (biasanya hidrogen) dan agen oksidasi (biasanya oksigen) menjadi energi listrik melalui mekanisme reaksi redox.
Mesin diesel (diesel engine) Merupakan gabungan dari mesin diesel dan generator, bekerja untuk mengkonversi energi dari bahan bakar solar menjadi energi listrik.
Kombinasi pembangkit panas dan daya (combined heat and power) Merupakan skema pembangkitan untuk menghasilkan energi listrik dan energi termal (panas atau dingin) secara simultan. Pembangkitan secara simultan ini menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibanding pembangkitan termal dan listrik secara terpisah.
Turbin air (hydro) Mengkonversi energi kinetik air yang mengalir dari ketinggian menjadi energi mekanik, yang selanjutnya menggerakkan generator untuk menghasilkan energi listrik.

 

Komponen kedua dari sebuah microgrid adalah beban. Beban adalah alasan utama kenapa microgrid dibangun. Idealnya, microgrid harus mampu mensuplai beban kapan saja tanpa ada restriksi yang rumit. Namun karena keterbatasan sumber energi, beban perlu diatur sedemikian rupa agar keekonomisan operasi microgrid bisa dicapai. Pengaturan ini umumnya dilakukan dengan membagi beban berdasarkan beberapa kriteria, seperti tingkat kepentingannya, fleksibilitas, dan tingkat konsumsinya. Diagram di Gambar 3 menunjukkan pembagian ini. Dengan pembagian ini, perencana operasi microgrid dapat menjadwalkan suplai microgrid sesuai dengan beban yang tepat. Misalnya, ketika suplai daya dari DG benar-benar dalam kondisi yang rendah, beban critical sepeti rumah sakitharus mendapatkan prioritas terlebih dahulu dibanding beban yang lain.

Gambar 3. Pembagian beban di microgrid [4]

Komponen ketiga dari sebuah microgrid adalah media penyimpan energi (energy storage). Komponen ini merupakan pembeda microgrid dari grid konvensional. Pada umumnya, grid konvensional tidak memiliki penyimpan energi. Media penyimpan energi yang paling umum dipakai di microgrid adalah baterai, karena secara teknologi baterai-lah yang paling mapan teknologinya. Namun demikian, media penyimpan energi lain juga telah digunakan di microgrid. Secara garis besar, media penyimpan energi yang dipakai di microgrid dapat dibagi menjadi lima kategori, yaitu (i) penyimpan energi berbasis mekanik, (ii) penyimpan energi berbasi elektrokimia, (iii) penyimpan energi berbasis kimia, (iv) penyimpan energi berbasis elektrik, dan (v) penyimpan energi berbasis termal. Berbagai perangkat yang masuk dalam lima kategori ini ditunjukkan di Tabel 2. Masing-masing kategori penyimpan energi memiliki kelebihan dan kekurangan. Skema operasi terbaik adalah dengan menggunakan perangkat hibrid, yakni kombinasi dari beberapa perangkat. Dengan skema ini, kelebihan dari masing-masing kategori bisa dieksploitasi secara maksimal.

Tabel 2. Kategori perangkat penyimpan energi

Kategori Contoh Perangkat
Penyimpan energi berbasis mekanik Flywheel, compressed-air, gravity
Penyimpan energi berbasis elektrokimia Baterai dengan beberapa tipenya: Li-Ion, PbA, NaS, NiCd/NiMH, NaNiCl2, redox

flow

Penyimpan energi berbasis kimia Hydrogen fuel cell
Penyimpan energi berbasis elektrik Ultrakapasitor, super magnetic
Penyimpan energi berbasis termal Low temperature, high temperature

 

3. Keunggulan dan Kekurangan Microgrid

Sebagai sistem yang “non-konvensional”, tentu saja microgrid memiliki beberapa kekurangan, di samping kelebihan-kelebihan. Diantara kelebihan microgrid adalah sebagai berikut:

  • Pada umumnya, unit pembangkit-nya dekat dengan konsumen
  • Pemilihan lokasi microgrid yang tepat bahkan mampu mengurangi rugi-rugi daya secara signifikan
  • Tidak memerlukan infrastruktur transmisi dan distribusi, penghematan biaya bisa mencapai 40% (menurut International Energy Agency)
  • Karena berskala kecil, variasi sumber energi untuk microgrid lebih banyak dibanding grid konvensional
  • Microgrid memiliki spektrum keandalan yang lebih luas dibanding grid konvensional

Adapun diantara kekurangan microgrid adalah sebagai berikut:

  • Untuk microgrid yang pembangkitnya menggunakan bahan bakar fosil, terkadang pengangkutan bahan bakar ke lokasi pembangkit bukan pekerjaan yang mudah
  • Memerlukan inpeksi rutin terhadap perangkat-perangkatnya
  • Teknologi yang dipakai di microgrid belum terbukti kehandalannya untuk dipakai dalam jangka waktu yang sangat lama. Hal ini karena mayoritas microgrid yang ada saat ini usianya memang masih muda

4. Manajemen Microgrid

Untuk dapat beroperasi sesuai keinginan pemiliknya, microgrid memerlukan manajemen operasi yang rapi, sebagaimana sistem-sistem yang lain. Terdapat beberapa hal terkait yang perlu diperhatikan dalam manajemen operasi microgrid, namun pada prinsipnya terdapat dua aspek besar, yaitu aspek kendali dan aspek optimisasi. Aspek optimisasi dalam berbagai literatur sering disebut juga “manajemen energi”.

Tujuan dari aspek optimisasi adalah minimisasi atau maksimisasi kuantitas operasi tertentu, yang disebut sebagai fungsi objektif. Biasanya yang menjadi fungsi objektif adalah biaya operasi total microgrid. Biaya operasi ini mencakup biaya pemakaian energi dan biaya start-up unit-unit non-renewable, biaya degradasi perangkat penyimpan energi, biaya kompensasi rugi-rugi daya, dll. Untuk microgrid yang terhubung ke grid utama, komponen biaya mencakup juga biaya transaksi energi dengan grid utama. Fungsi objektif bisa juga berupa profit yang didapat dari menjual energi ke grid utama.

Adapun tujuan dari aspek kendali adalah untuk mempertahakan kuantitas-kuantitas operasi tertentu agar tidak keluar dari rentang yang telah ditetapkan. Kuantitas tersebut bisa berupa tegangan, frekuensi, daya aktif, dan daya reaktif. Kuantitas-kuantitas ini tidaklah dimaksimalkan/diminimalkan secara mutlak, tetapi diatur agar tidak lebih dari batas maksimal atau kurang dari batas minimal. Bergantung pada bagaimana microgrid dioperasikan, terdapat berbagai skema kendali yang bisa dipakai.

Referensi

[1]        International Energy Agency, “Renewables 2019 – Analysis and forecast to 2024,” 2019.

[2]        L. Margoni, “Microgrid: Keeping The Lights On,” Triton: A UC San Diego Alumni Publication. [Online]. Available: https://www.alumni.ucsd.edu/s/1170/emag/emag-interior-2-col.aspx?sid=1170&gid=1&pgid=4665. [Accessed: 26-Nov-2020].

[3]        U.S. Department of Energy – Office of Electricity Delivery and Energy Reliability Smart Grid R&D Program, “DOE Microgrid Workshop Report,” 2011. [Online]. Available: http://energy.gov/sites/prod/files/Microgrid Workshop Report August 2011.pdf. [Accessed: 07-Feb-2020].

[4]        M. A. Jirdehi, V. S. Tabar, S. Ghassemzadeh, and S. Tohidi, “Different aspects of microgrid management: A comprehensive review,” J. Energy Storage, vol. 30, p. 101457, 2020.

 

Info Penulis

Penulis adalah Dosen Teknik Elektro UII, saat ini sedang menempuh studi doktoral di King Abdulaziz University. Bidang penelitian yang sedang dikerjakannya adalah stochastic optimization of microgrid. Profil penulis bisa dilihat di https://sites.google.com/uii.ac.id/fnbudiman

 

Peluang Penguatan Kemandirian Teknologi Kesehatan melalui Pengembangan Telemedicine untuk Penanganan Covid-19

Sudah hampir setahun ini dunia dilanda Covid-19. Lebih dari 50 juta orang di dunia terkena virus ini dan lebih dari 440 ribu kasus Covid-19 di Indonesia. Berbagai upaya telah dilakukan untuk menekan laju penambahan kasus seperti gerakan stay at home, physical distancing, dan cuci tangan menggunakan sabun. Beragam usaha juga telah dikerjakan untuk menyembuhkan pasien Covid-19 yang dirawat dengan intensif di Rumah Sakit. Selain pengembangan obat-obatan, banyak juga inovasi-inovasi teknologi di bidang kesehatan telah dibuat untuk membantu menangani Covid-19 ini, baik di dunia maupun di Indonesia. Dimulai dengan pembuatan bilik disinfektan untuk penyemprotan cairan disinfektan pada tubuh manusia untuk tujuan sterilisasi. Walau kemudian ada pro dan kontra terkait dengan penyemprotan cairan disinfektan pada tubuh manusia, karena dikhawatirkan punya efek negatif pada kesehatan. Alternatif lain adalah inovasi bilik sterilisasi menggunakan ion seperti yang dikembangkan oleh Universitas Islam Indonesia.
Inovasi selanjutnya adalah pembuatan robot untuk membantu sterilisasi ruangan dan melayani pasien-pasien yang dirawat di Rumah Sakit. Pelayanan yang bisa dilakukan robot antara lain mengantarkan obat dan makanan ke kamar pasien, sehingga bisa mengurangi kontak langsung antara tenaga medis dengan pasien. Hal ini sangat membantu karena jumlah tenaga medis yang ikut terkena Covid-19 di Indonesia jumlahnya juga cukup banyak. Berdasarkan informasi yang diberikan oleh tim mitigasi dari ikatan dokter (PB IDI), dokter gigi (PDGI) dan perawat (PPNI) menyebutkan bahwa hingga akhir september 2020 terdapat 127 dokter, 9 dokter gigi dan 92 perawat telah meninggal dunia.

Inovasi makin berkembang dengan adanya desain dan pembuatan prototipe ventilator, alat ini sangat dibutuhkan oleh pasien Covid-19 karena umumnya pasien mengalami gejala sesak nafas. Para peneliti dari beberapa universitas seperti ITB, UGM, ITS, dan UI bekerja sama dengan industri berlomba dengan waktu untuk mewujudkan produk ini. Harga asli ventilator jika diimpor sangat mahal, 300 hingga 800 juta rupiah. Dengan inovasi lokal ini harganya bisa ditekan hingga dibawah seratus juta rupiah. Ini tentu akan sangat membantu banyak rumah sakit yang merawat pasien Covid-19.

Dalam hal penekanan laju pertumbuhan penularan Covid-19, juga dikembangkan inovasi sistem tracing dan tracking menggunakan aplikasi yang bisa diinstal di smartphone. Seperti aplikasi Gerak di Malaysia, TraceTogether di Singapura, dan PeduliLindungi di Indonesia. Aplikasi Gerak membutuhkan detail pribadi, termasuk nama lengkap pengguna, nomor kependudukan atau nomor paspor, alamat tempat tinggal dan email. Pengguna juga harus memberikan izin untuk melacak lokasi mereka setiap saat melalui GPS ponsel. Sementara aplikasi di Singapura dan Indonesia, karena mempertimbangkan alasan kerahasiaan data pribadi maka menggunakan Bluetooth. Aplikasi ini akan bekerja dengan menukar sinyal Bluetooth jarak dekat yang terenkripsi untuk mendeteksi pengguna lain yang berada dalam jarak sekitar 2 meter. PeduliLindungi mengandalkan partisipasi masyarakat untuk saling membagikan data lokasinya saat bepergian agar penelusuran riwayat kontak dengan penderita COVID-19 dapat dilakukan. Pengguna aplikasi ini juga akan mendapatkan notifikasi jika berada di keramaian atau berada di zona merah.

Peluang Pengembangan Telemedicine

Melihat jumlah pasien yang makin bertambah, tentu hal ini akan makin merepotkan tenaga medis dalam merawat mereka. Salah satu pekerjaan utama tenaga medis adalah memantau kondisi vital sign dari pasien yang dirawat, disamping memberikan obat dan melakukan serangkaian test atau uji laboratorium. Teknologi telemedicine bisa menjadi alternatif solusi yang menjanjikan. Dengan teknologi ini pasien dapat selalu terpantau kondisinya dengan baik, dengan keuntungan dapat mengurangi kontak langsung antara tenaga medis dan pasien serta meningkatkan efisiensi dan efektifitas pemantauan. Intinya telemedicine dalam kasus ini, minimal bisa membantu melakukan pemantauan dengan presisi dari jarak jauh.

Menurut WHO, telemedicine sendiri artinya adalah “the delivery of health care services, where distance is a critical factor, by all health care professionals using information and communication technologies for the exchange of valid information for diagnosis, treatment and prevention of disease and injuries, research and evaluation, and for the continuing education of health care providers, all in the interests of advancing the health of individuals and their communities”. Pada kasus penanganan Covid-19 ini setidaknya ada dua keadaan yang memungkinkan diterapkan telemedicine. Pertama, penanganan pasien di Rumah Sakit. Walaupun secara jarak tidak terlalu jauh alias masih berada dalam satu gedung, namun karena kontak langsung dengan pasien sangat berisiko maka pengawasan rutin bisa menggunakan telemedicine. Minimal adalah aspek telemonitoring. Kedua adalah penanganan ODP yang melakukan karantina mandiri secara tersebar, atau karantina terpusat di suatu tempat dengan jumlah ODP yang sangat banyak, puluhan sampai ratusan. Tentu telemedicine, khususnya telemonitoring akan sangat membantu disini.

Minimal ada dua komponen penting untuk membangun sistem telemedicine dalam kasus ini. Pertama adalah portable sensor yang dipasang pada pasien untuk mengukur atau mengetahui vital sign dari pasien. Kedua adalah sistem telekomunikasi untuk mengirimkan data dari pasien ke server atau pusat monitoring. Bisa ditambahkan satu komponen lagi yaitu pusat pengolahan data, jadi berbagai bentuk data yang dikumpulkan tidak hanya ditampilkan tapi diolah sehingga bisa membantu dalam mendiagnosa dan mengambil keputusan. Ada banyak teknik yang digunakan pada pengolahan data seperti signal processing, big data, dan kecerdasan buatan.

Untuk sensor yang bisa dipasang pada pasien misalnya adalah sensor suhu, pulse rate, dan ECG. Ketiga sensor ini bisa digunakan untuk mengetahui kondisi vital sign dari pasien seperti suhu badan, kondisi jantung, tekanan darah, dan respirasi. Sensor – sensor ini bisa dipasang pada pergelangan tangan seperti memakai jam tangan. Sedangkan untuk sistem komunikasi tentu yang paling memungkinkan adalah sistem komunikasi nirkabel, seperti BLE (bluetooth low energy) dan Wi-Fi untuk jangkauan dalam ruangan, atau menggunakan internet melalui jaringan selular (3G atau 4G) untuk jangkauan yang luas. Bisa juga menggunakan sistem komunikasi satelit pada area tertentu yang sulit mendapatkan sinyal selular.

Lalu siapa yang bisa membuat sistem ini? Apakah mungkin kita membuatnya secara mandiri? Jawabannya adalah sangat mungkin kita membuatnya sendiri. Para peneliti dan mahasiswa lintas jurusan, mulai dari Teknik Elektro, Teknik Biomedis, Teknik Informatik, dan tentu Kedokteran di berbagai Universitas bisa bekerjasama membuatnya. Bahkan sudah banyak penelitian yang dibuat sebelumnya terkait dengan topik ini. Pemerintah hanya perlu memberikan framework dan arahan yang jelas, insyaallah ratusan peneliti dan mahasiswa di penjuru negeri siap bergerak bersama memberikan sumbangsih berharga dalam membantu penanganan Covid-19 ini. Inilah adalah salah satu kesempatan dan tantangan nyata menguatkan kemandirian pengembangan teknologi kesehatan di Indonesia.

 

Info Penulis

Nama                         : Firdaus, S.T.,M.T.,Ph.D.

Bidang Peminatan  : Wireless Communication, Wireless Sensor Networks, Indoor Positioning, Telemonitoring

E-mail                        : [email protected]

Mengenal Macam-Macam Nilai Pada Rangkaian Digital

Rangkaian digital merupakan rangkaian yang tersusun dari komponen digital dan menggunakan notasi sinyal digital. Sinyal digital yang pada umumnya diketahui hanya memiliki dua nilai saja yaitu sinyal logika rendah (‘0’) dan sinyal logika tinggi (‘1’). Untuk sistem tegangan DC 5V, logika rendah (‘0’) direpresentasikan dengan tegangan 0V, sedangkan logika tinggi (‘1’) direpresentasikan dengan tegangan 5V (ligat gambar 1).

Gambar 1. Representasi logika ‘0’ dan ‘1’ dalam rangkaian

Karena adanya derau dan ketidakidealan dalam rangkaian digital, terdapat toleransi dalam representasi logika ‘0’ dan ‘1’. Pada standar transistor-transistor logic (TTL) logika ‘0’ berada di rentang 0 – 0.8 volt untuk sisi masukan dan rentang 0 – 0,4 volt untuk sisi keluaran. Sedangkan logika ‘1’ berada di rentang 2 – 5 volt untuk sisi masukan dan rentang 2,7 – 5 volt untuk sisi keluaran sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Rentang nilai untuk logika ‘0’ dan ‘1’ pada standar transistor transistor logic (TTL)

Tahukah anda jika selain logika ‘0’ dan logika ‘1’, ternyata masih ada kemungkinan logika lainnya yang dikenal dalam sistem digital. Logika tersebut diberikan dalam tabel 1 berikut ini.

Tabel 1. Logika digital selain ‘0’ dan ‘1’

Bagaimana realitas logika digital tersebut dalam rangkaian? Marilah kita bahas satu per satu.

  • Kondisi ‘U’ atau uninitialized merupakan suatu keadaan yang muncul di awal saat nilai logika belum dipastikan berlogika ‘1’ atau ‘0’. Jadi, Nilai ’U’ hanya muncul di awal saja sebelum logika lainnya. Tidak ada nilai ‘U’ yang tiba-tiba muncul di tengah setelah sebelumnya bernilai logika ‘1’ atau ‘0’.
  • Nilai ‘X’ atau unknown merupakan kondisi digital yang mencul ketika logika ‘1’ bercampur dengan logika ‘0’ dalam suatu titik. Sebagai ilustrasi perhatikan gambar 3 berikut ini. Dua buah gerbang inverter masing-masing outputnya bertemu di suatu titik. Gerbang inverter pertama memiliki input logika ‘0’ sehingga logika outputnya berlogika ‘1’, sedangkan gerbang inverter kedua memiliki input logika ‘1’ sehingga outputnya berlogika ‘0’. Namun karena output kedua gerbang inverter bertemu pada suatu titik, maka logika yang muncul bukan logika ‘0’ atau ‘1’ namun kondisi unknown atau ‘X’.

Gambar 3. Kondisi yang menyebabkan munculnya logika ‘X’

  • Kondisi high impedance atau ‘Z’ merupakan kondisi dalam rangkaian digital yang tidak tersambung ke logika ‘1’ atau ke logika ‘0’. Gambar 4 menunjukkan ilustrasi munculnya ‘Z’ di output karena terputus dari tegangan VCC (sebagai logika ‘1’) dan terputus dari tegangan 0 (sebagai logika ‘0’). Berbeda dengan ‘U’ yang hanya muncul di awal, nilai ‘Z’ dapat muncul dimanapun asalkan titik tersebut memang tidak tersambung ke ‘1’ maupun ‘0’.

Gambar 4. Kondisi high impedance ‘Z’

  • Keadaan weak signal atau ‘W’ merupakan keadaan dimana tegangan di suatu titik bernilai tengah-tengah antara tegangan logika ‘1’ dan ‘0’. Kondisi Probably ‘0’ atau ‘L’ berada di bawah ‘W’ sampai dengan sebelum masuk logika ‘0’, dan kondisi Probably ‘1’ atau ‘H’ berada di atas ‘W’ sampai dengan sebelum masuk logika ‘1’. Posisi ‘W’, ‘L’, dan ‘H’ diilustrasikan dalam gambar 5 di bawah ini. Nilai ‘H’, ‘W’ dan ‘L’ dapat terjadi karena beberapa faktor, diantaranya
    1. karena jalur perambatan data antara satu gerbang ke gerbang lainnya berjauhan sehingga terjadi drop tegangan yang cukup besar
    2. kesalahan rangkaian yang menyebabkan tegangan yang dihasilkan tidak bisa mendekati nilai logika ‘1’ maupun ‘0’.
    3. Beban fan out yang terlalu besar sehingga arus yang disuplai oleh suatu gerbang tidak mencukupi dan berakibat tegangan yang dihasilkan menjadi lebih kecil.

Gambar 5. Ilustrasi posisi ‘H’, ‘W’ dan ‘L’ diantara logika ‘0’ dan ‘1’

 

Info Penulis

Dr. Eng. Hendra Setiawan, S.T., M.T.

Electronics, FPGA, Signal Processing, Wireless communication physical layer