Apa itu Propagation Delay?
Propagation delay adalah waktu yang dibutuhkan agar sinyal diterima setelah dikirim; hal ini disebabkan oleh waktu yang diperlukan bagi sinyal untuk bergerak melalui suatu media. Propagation delay sangat penting dalam desain sirkuit elektronik dan jaringan komputer, meskipun semua sinyal pada dasarnya akan mengalami beberapa bentuk propagation delay.
Batas fundamental dari propagation delay adalah kecepatan cahaya (c). Karena tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat dari cahaya dan cahaya memiliki kecepatan terbatas, akan selalu ada beberapa penundaan saat sinyal bergerak dari sumber ke tujuan. Ini berlaku untuk semua sinyal dari yang kecil hingga besar dan jarak dari yang pendek hingga sangat jauh.
Contoh sehari-hari dari propagation delay adalah perbedaan antara ketika orang dapat melihat kilat petir dan ketika mereka mendengar suara guntur. Kilat dari petir bergerak dengan sangat cepat, yaitu dengan kecepatan cahaya sekitar 300.000 kilometer per detik (km/s) atau 186.000 mil per detik. Suara bergerak jauh lebih lambat di udara, hanya sekitar 343 meter per detik (m/s) atau 1 mil dalam 4,7 detik. Oleh karena itu, mereka mendengar suara guntur setelah melihat kilat petir karena propagation delay suara yang jauh lebih lama daripada cahaya.
Propagation Delay dalam Sirkuit Elektronik
Insinyur listrik perlu memperhitungkan propagation delay saat merancang sirkuit terintegrasi (IC). Dalam konteks ini, propagation delay didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan setelah sinyal input diterapkan dan telah stabil pada input sirkuit hingga waktu output sirkuit stabil pada sinyal output yang benar. Ini dilambangkan sebagai tpd. Ini juga dapat disebut sebagai gate delay dan lebih terkait dengan waktu yang dibutuhkan bagi komponen individual, yang disebut gerbang logika, untuk berubah daripada waktu yang dibutuhkan untuk sinyal bergerak dari satu titik ke titik lainnya.
Ini disebabkan, sebagian, oleh waktu yang dibutuhkan agar muatan listrik bergerak melalui semikonduktor dan agar gerbang individual stabil pada output yang benar. Kecepatan muatan untuk bergerak kira-kira antara 100.000 m/s hingga 200.000 m/s tergantung pada material semikonduktor yang digunakan. Suhu juga dapat memengaruhi material tersebut.
Propagation delay juga akan bergantung pada keluarga logika yang digunakan, baik transistor-transistor logic atau complementary metal-oxide semiconductor. Tetapi spesifikasinya dapat sangat bervariasi tergantung pada jenis yang digunakan.
Propagation delay sangat kecil, dalam skala manusia, sering diukur dalam nanodetik atau pikodetik. Setiap gerbang harus stabil sebelum gerbang berikutnya dalam urutan dapat dibaca, sehingga total waktu untuk setiap gerbang dalam urutan output terpanjang dijumlahkan untuk membentuk total penundaan.
IC modern dapat memiliki miliaran gerbang total dan beroperasi dengan kecepatan luar biasa. Propagation delay yang tidak konsisten dalam IC dapat menyebabkan kesalahan data atau race condition pada chip. Oleh karena itu, propagation delay adalah faktor penting dalam desain sirkuit berkecepatan tinggi dan merupakan faktor pembatas dari kecepatan pemrosesan, atau hertz, yang dapat dijalankan oleh prosesor.
Propagation Delay dalam Jaringan
Propagation delay juga ada dalam jaringan data, karena dibutuhkan waktu bagi sinyal untuk bergerak dari titik pengiriman ke penerima. Ini juga bisa disebut sebagai transmission delay, flight time, atau time of flight untuk sinyal. Dua faktor utama yang membentuk total propagation delay adalah kecepatan sinyal bergerak dan jarak total yang ditempuh.
Kecepatan dapat bervariasi tergantung pada jenis sinyal dan media tempat sinyal bergerak. Sinyal radio dengan garis pandang langsung bergerak dengan kecepatan cahaya dan merupakan bentuk transmisi tercepat yang mungkin. Ini memungkinkan sistem radio 5G mmWave (5G NR) mencapai kecepatan tinggi dalam kondisi sempurna.
Namun, faktor lain seperti hukum kuadrat terbalik, tabrakan spektrum nirkabel, dan kelengkungan bumi membuat komunikasi nirkabel bukanlah metode yang disukai untuk transmisi data jarak jauh terestrial.
Sinyal listrik melalui kabel tembaga bergerak dengan kecepatan lebih lambat daripada cahaya. Kecepatan sebenarnya akan bervariasi tergantung pada ketebalan dan kualitas kabel. Kecepatan ini bisa antara 0.77c hingga 0.59c, atau kira-kira dua pertiga kecepatan cahaya. Ini juga dapat membatasi panjang kabel total dalam satu collision domain pada kecepatan bit tertentu. Jika dibutuhkan terlalu lama bagi sinyal untuk melewati panjang kabel total, ada kemungkinan penerima mulai mengirimkan sebelum transmisi sampai kepadanya, yang menyebabkan kesalahan tabrakan sinyal terlambat pada kabel.
Inilah mengapa panjang kabel Ethernet base 10 dibatasi hingga 500 m dengan empat repeater total.
Cahaya yang bergerak melalui kabel serat optik bergerak lebih lambat daripada cahaya dalam vakum. Kecepatan cahaya tergantung pada indeks refraksi dari media tempat cahaya bergerak, dan kecepatan cahaya yang bergerak melalui serat optik adalah sekitar dua pertiga kecepatan cahaya dalam vakum, yaitu sekitar 200.000 km/s.
Faktor lain juga dapat berkontribusi pada transmisi data yang lebih lambat. Elektronik perantara, seperti repeater sinyal, atau pemrosesan tambahan dapat menambah waktu transmisi total. Pengukuran latensi juga biasanya memberikan total waktu perjalanan pulang-pergi untuk sinyal yang pergi dari pengirim ke penerima dan kemudian kembali ke pengirim asli.