Maksymalna długość kabla USB?

44

Chcę użyć bardzo długiego kabla USB, aby umieścić kamerę internetową w innym pomieszczeniu. Maksymalna znaleziona długość wynosiła pięć metrów.

  1. Jaka jest maksymalna długość kabla USB?

  2. Jaka jest maksymalna możliwa do uzyskania długość przy użyciu przedłużaczy USB?

Kliknij OK
źródło

Odpowiedzi:

51

5 metrów to maksymalny kabel USB. Możesz przejść dalej, podłączając koncentratory USB szeregowo (maksymalnie 5 koncentratorów połączonych w ten sposób). Nie można po prostu używać przedłużaczy USB ze względu na problemy z synchronizacją.

Z USB FAQ :

P1: Jak długo kabla mogę użyć do podłączenia urządzenia?
A1: W praktyce specyfikacja USB ogranicza długość kabla między urządzeniami o pełnej prędkości do 5 metrów (nieco poniżej 16 stóp i 5 cali). W przypadku urządzenia o niskiej prędkości limit wynosi 3 metry (9 stóp 10 cali).

P2: Dlaczego nie mogę użyć kabla dłuższego niż 3 lub 5 m?
A2: Konstrukcja elektryczna USB na to nie pozwala. Kiedy zaprojektowano USB, podjęto decyzję o obsłudze propagacji pól elektromagnetycznych na liniach danych USB w sposób, który ograniczył maksymalną długość kabla USB do czegoś w zakresie 4m. Ta metoda ma wiele zalet, a ponieważ USB jest przeznaczony do środowiska stacjonarnego, ograniczenia zasięgu uznano za dopuszczalne. Jeśli znasz teorię linii transmisyjnych i chcesz uzyskać więcej szczegółów na ten temat, zapoznaj się z sekcją Sygnały USB w FAQ dla programistów .

P3: Jak daleko od komputera mogę umieścić urządzenie USB?
A3: Przy maksymalnie 5 koncentratorach połączonych kablami 5 m i 5 m kablem prowadzącym do twojego urządzenia o pełnej prędkości, otrzymasz 30 m kabla (szczegóły w sekcji 7.1.19). Dzięki urządzeniu o niskiej prędkości będziesz w stanie uzyskać zasięg do 27 m, w zależności od długości kabla urządzenia. Dzięki prostej trasie kablowej prawdopodobnie będziesz w stanie dosięgnąć około 25 metrów od komputera.

P4: Muszę umieścić urządzenie USB w odległości X od mojego komputera. Co ja robię?
A4: Jeśli X jest mniejszy niż 25 m (patrz poprzednie pytanie), kup kilka koncentratorów i połącz je szeregowo za pomocą kabli 5 m. Jeśli chcesz pójść dalej, umieść inny komputer, a może laptop, w miejscu, w którym ma być urządzenie, i połącz go z pierwszym komputerem, używając czegoś, co ma być połączeniem dalekiego zasięgu, takiego jak Ethernet lub RS -485. Jeśli nie potrzebujesz używać tylko USB, rozważ użycie adapterów Ethernet opartych na USB do połączenia komputerów.

quack quixote
źródło
6
Po prostu, FYI, to nie jest tak naprawdę kwestia synchronizacji, ponieważ użycie koncentratorów nie zmniejsza czasu propagacji sygnału. Raczej maksymalna długość kabla wynika z problemów pojemności / indukcyjności linii oraz utraty napięcia sygnału wzdłuż długości kabla. Jeśli kabel był zbyt długi, poziomy logiki cyfrowej mogą nie zostać poprawnie uruchomione po stronie odbiorczej. Każdy hub „ponownie wysyła” sygnał, że tak powiem, dlatego to rozwiązanie działa.
Przełom
3
@ Przełom Nie, napięcie sygnału jest wystarczająco łatwe do wzmocnienia; Myślę, że chodzi o czas na pojedynczym łączu. Problemy z pojemnością i indukcyjnością są - jeśli przyjrzysz się uważnie - dokładnie kwestią synchronizacji; Sygnał rozchodzi się w czasie. Ale nawet opóźnienie może mieć znaczenie w protokole łącza; Jest o wiele łatwiej, jeśli możesz skorzystać z pełnej podróży w obie strony dla każdego przesyłanego bajtu - nie musisz śledzić, co może wymagać powtórzenia w przypadku usterki. Opóźnienie w pięciu koncentratorach jest takie samo dla połączenia urządzenie-komputer;)
Volker Siegel
Te 5 koncentratorów połączonych szeregowo, czy muszą mieć zewnętrzny zasilacz? czy to wystarczy przy zasilaniu samego połączenia USB?
GetFree,
1
@getfree zwykle musisz zasilać koncentratory osobno. Jeśli znasz pobór mocy przez huby i zapotrzebowanie na moc urządzeń końcowych, możesz obliczyć, czy twoje 500 mA od źródła będzie wystarczające. Na dłuższych odcinkach zrzut wioski może być wystarczający, aby potrzebować przynajmniej kilku wysłanych węzłów w sekwencji.
TafT
27

Wszystkie odpowiedzi są niepoprawne, jeśli OP oznaczało łącze działające z szybkością komunikacji High-Speed ​​USB2.0 (480 Mbit / s).

Długość łącza komunikacyjnego USB jest ograniczona przez architekturę USB z pięcioma koncentratorami w łączu. Protokół USB wymaga, aby urządzenia USB wysyłały zwrotne pakiety uzgadniania jako ACK, NAK, NRDY itp. Odpowiedzi te muszą wrócić do hosta w określonym czasie, który jest ustawiony na 1,7 µs. Sprzęt kontrolera hosta ustawiłby flagę / przerwanie, jeśli odpowiedź nie zostanie odebrana na czas po 1-2-3 próbach, co oznaczałoby awarię łącza.

A teraz, jaka była podstawa tego ograniczenia 1,7 µs? Opiera się na najgorszym przypadku podróży z pakietem uścisku dłoni. Wszystko zostało wyjaśnione w specyfikacjach USB 2.0, Rozdział 7.1.19.2. Istnieją trzy czynniki:

  1. Fizyczna integralność sygnału na skrętce różnicowej dla realistycznie produkowanych kabli (dopasowanie impedancji, jednorodność kabla, utrata sygnału). Okazało się, że limit długości kabla wynosi 5 m na segment. Kabel o długości 5 m ma szacunkowe opóźnienie propagacji w jedną stronę 26 ns na specyfikację USB. Wszystkie sześć kabli będzie miało opóźnienie w obie strony około 300 ns.

  2. Opóźnienie propagacji sygnału cyfrowego wzdłuż ścieżki repeatera koncentratora, ograniczone przez sugerowaną architekturę do 40 bitów HS, co stanowi około 80 ns na hub jednokierunkowy. Pięć węzłów będzie miało opóźnienie w obie strony wynoszące około 800 ns.

  3. Urządzenie USB może reagować 192 razy, czyli 400 ns.

Zatem całkowity czas odpowiedzi wynosi 1500 ns. Specyfikacja pozwala na pewien luz i wydłuża limit czasu do 1700 ns.

Dlatego limit czasu propagacji mediów wynosi 1700 ns - 400 ns = 1300 ns lub 650 ns w jedną stronę. Jeśli możesz wyprodukować kabel, który ma tak niską utratę propagacji fali o wartości ponad 650 ns, że może dostarczyć oko o otwartym sygnale spełniające dalekosiężny szablon USB, host z jednym urządzeniem USB może z nim pracować. Przyjmując 26 ns na 5 m, sprowadza się do 125 m kabla. Jest to maksymalny teoretyczny limit.

Chciałbym zobaczyć, czy tego rodzaju kabel da się zrobić. Osobiście miałem dobre połączenie bezbłędne z kablem o długości 12 stóp (40 stóp) wykonanym z Cat 5e. Ale zależy to od jakości / czułości odbiorników na obu końcach łącza.

DODATEK: Powyższa odpowiedź jest ważna tylko dla ogólnego protokołu komunikacyjnego USB HS. Istnieją jednak inne ograniczenia funkcjonalne dotyczące maksymalnej długości kabla w USB: jest to związane z funkcją szybkiego odłączania. Odłączanie HS w USB opiera się na idei, że odłączony kabel odbija sygnał z powrotem, więc odbicie sumuje się do napięcia sterowanego, co prowadzi do podwojenia amplitudy sygnału w nadajniku. Zgodnie z projektem host HS wysyła znaczniki mikroklatek (zwane SOF) co 125 us. W celu wykrywania odłączenia kabla pakiet SOF ma wydłużony koniec pakietu o długości ~ 83 ns (normalny EOP ma długość 16,6 ns).

Jeśli kabel USB zostanie odłączony na porcie hosta, nie ma problemu. Ale jeśli urządzenie (wraz z zakończeniem) zostanie odłączone na drugim końcu długiego kabla, odbicie musi wrócić w ciągu 83 ns, amplituda podwoi się, a specjalny komparator w odbiorniku PHY zarejestruje warunek „odłączenia HS” . To ustawia limit kablowy posiadania 41,5 ns jednokierunkowego opóźnienia propagacji. Zakładając prędkość propagacji 6 "na 1 ns, wymaga to, aby kabel miał mniej niż 250" długości lub około 6,5 m długości.

To ograniczenie ma miejsce tylko wtedy, gdy chcesz wyczuć czyste i szybkie rozłączenie. Przy dłuższym kablu port hosta zostanie ostatecznie wyłączony z powodu błędu protokołu, więc nie ma większego problemu na końcu.

Ale..chenski
źródło
1
Jak sprawdziłeś poziom błędów w swojej konfiguracji?
ZAB
@Ali Chen, dzięki za ten niezwykle informacyjny post! +1
Sam.
1
@ZAB Eksperyment został przeprowadzony między dwoma wysoce dopracowanymi hubami USB2514B, z całą dbałością o ślady i złącza oraz samostrojenie terminacji. Analizator protokołu USB CATC znajdował się między hostem a pierwszym koncentratorem, a kabel znajdował się między pierwszym koncentratorem a drugim koncentratorem. W ogóle nie wystąpiły błędy protokołu. Oczywiście schemat oka znajdował się na dolnej stronie specyfikacji.
Ale..chenski,
@AliChen Czy próbowałeś kiedyś zbudować długi kabel USB 3.0 za pomocą Cat 5/6?
pseudosavant
@pseudosavant, nie, nie próbowałem, w tym czasie nie było jeszcze USB3. Ale USB3, jako magistrala z pełnym dupleksem, nie ma ograniczeń opisanych powyżej, transakcje mogą być odroczone, a odpowiedzi w różnych potokach mogą być nieczynne i nie są ograniczone krótkim czasem oczekiwania. Długość kabla roboczego zależy wyłącznie od jakości kabla - jednorodności, przenikania i strat wysokiej częstotliwości.
Ale..chenski
10

Zgodnie ze specyfikacjami USB kable dłuższe niż 5 metrów spowodowałyby zbyt duże opóźnienie propagacji sygnału do działania.

Ale udało mi się zbudować pasywny przedłużacz USB 10 m / 30 stóp, który działał dobrze. Wszystko, co zrobiłem, to użyć kabla FTP Cat 5e AWG24 100 omów z jedną skrętką do przesyłania danych (D + i D-; użyłem zielonej pary), a pozostałe trzy skręcone pary do zasilania (V + i V-; równolegle stałe do bryły i od paska do paska).

Nie miałem problemu z użyciem jakiegokolwiek urządzenia USB przez ten kabel.

Chris
źródło
Inni również odnieśli sukces z kablami o długości 10 m: forum.cakewalk.com/…
inf3rno
9

Jeśli chcesz przekroczyć 5 metrów, użyj wzmacniacza .

Peter Mortensen
źródło
3
ciekawy. działa przy użyciu CAT5 / 5e / 6 zamiast okablowania USB na dłuższą metę: „To urządzenie typu plug-and-play składa się z jednostki podstawowej i jednostki zdalnej połączonych ze sobą standardowym kablem sieciowym Cat5, Cat5E lub Cat6. Wystarczy podłączyć podłącz kable do urządzenia, a następnie podłącz do komputera i urządzeń peryferyjnych USB i zacznij działać. Super Booster USB Extender ma wewnętrzne obwody kondycjonujące zasilanie prądem stałym, aby utrzymać odpowiednie napięcie na urządzeniu zdalnym, więc żadne zewnętrzne zasilanie nie jest wymagane jednostki bazowe lub zdalne ”.
quack quixote
3
Ten „wzmacniacz” działa tylko przy prędkości USB 1.1 i pełnej prędkości 12 Mb / s.
Ale..chenski