Максимальная длина USB-кабеля?

44

Я хочу использовать очень длинный USB-кабель для размещения веб-камеры в другой комнате. Максимальная длина, которую я нашел, была пять метров.

  1. Какова максимальная длина USB-кабеля?

  2. Какая максимальная длина достигается при использовании удлинительных кабелей USB?

Нажмите Ok
источник

Ответы:

51

5 метров - это максимальный USB-кабель. Вы можете пойти дальше, подключив USB-концентраторы последовательно (максимум 5 концентраторов, соединенных таким образом). Вы не можете просто использовать удлинители USB из-за проблем с синхронизацией.

С USB FAQ :

Q1: Какую длину кабеля я могу использовать для подключения моего устройства?
A1: На практике спецификация USB ограничивает длину кабеля между полноскоростными устройствами до 5 метров (чуть менее 16 футов 5 дюймов). Для низкоскоростного устройства ограничение составляет 3 метра (9 футов 10 дюймов).

Q2: Почему я не могу использовать кабель длиной более 3 или 5 метров?
A2: электрический дизайн USB не позволяет этого. Когда был разработан USB, было принято решение обрабатывать распространение электромагнитных полей на линиях данных USB таким образом, чтобы ограничить максимальную длину USB-кабеля чем-то в диапазоне 4 м. Этот метод имеет ряд преимуществ, и, поскольку USB предназначен для настольных ПК, ограничения диапазона считались приемлемыми. Если вы знакомы с теорией линий электропередачи и хотите получить более подробную информацию по этой теме, ознакомьтесь с разделом «Сигналы USB» часто задаваемых вопросов для разработчиков .

Q3: На каком расстоянии от ПК можно разместить USB-устройство?
A3: с максимум 5 концентраторами, соединенными кабелями 5 м, и кабелем 5 м, идущим к вашему высокоскоростному устройству, это даст вам кабель 30 м (подробнее см. Раздел 7.1.19). На низкоскоростном устройстве вы сможете достичь дальности до 27 м, в зависимости от длины кабеля устройства. С помощью простой кабельной трассы вы, вероятно, сможете добраться до ПК примерно на 25 метров.

Q4: Мне нужно установить USB-устройство на расстоянии X от моего ПК. Что я делаю?
A4: Если X меньше 25 м или около того (см. Предыдущий вопрос), купите несколько концентраторов и соедините их последовательно с помощью 5-метровых кабелей. Если вам нужно пойти дальше, поставьте другой компьютер или, возможно, ноутбук, туда, где вам нужно устройство, и подключите его к первому компьютеру, используя нечто, предназначенное для соединения на большие расстояния, например, Ethernet или RS. -485. Если вам нужно использовать только USB, рассмотрите возможность использования Ethernet-адаптеров на основе USB для соединения ПК.

шарлатан
источник
6
Просто к вашему сведению, это не проблема синхронизации, так как использование концентраторов не уменьшает время распространения сигнала. Скорее, максимальная длина кабеля обусловлена ​​проблемами емкости / индуктивности линии и потерей напряжения сигнала по всей длине кабеля. Если кабель был слишком длинным, уровни цифровой логики могут не сработать должным образом на принимающей стороне. Каждый концентратор «отправляет» сигнал так сказать, поэтому это решение работает.
Прорыв
3
@ Прорыв Нет, напряжение сигнала достаточно легко усилить; Я думаю, что это о времени на одной ссылке. Проблемы с емкостным сопротивлением и индуктивностью - если вы внимательно посмотрите - именно проблема синхронизации; Сигнал распространяется во времени. Но даже задержка может иметь значение в протоколе связи; Это становится намного проще, если вы можете использовать полный цикл для каждого передаваемого вами байта - нет необходимости отслеживать, что может потребоваться повторить при сбое. И задержка более пяти концентраторов одинакова для связи между устройством и компьютером;)
Volker Siegel
Те 5 концентраторов, соединенных последовательно, нужно ли им иметь внешний источник питания? или этого достаточно с питанием от самого USB-соединения?
GetFree
1
@ getfree, как правило, вам нужно отдельно подключать концентраторы. Если вы знаете энергопотребление концентраторов и потребляемую мощность конечных устройств, вы можете рассчитать, будет ли достаточно 500 мА от источника. На более длинных участках деревня может быть достаточной для того, чтобы в последовательности были хотя бы несколько размещенных узлов.
TafT
27

Все ответы неверны, если под OP подразумевается канал, работающий на скорости высокоскоростной связи USB 2.0 (480 Мбит / с).

Длина канала связи USB ограничена архитектурой USB с пятью концентраторами в канале. Протокол USB требует, чтобы устройства USB отправляли пакеты подтверждения связи в виде ACK, NAK, NRDY и т. Д. Эти ответы должны возвращаться на хост в течение заданного времени ожидания, которое установлено равным 1,7 мкс. Аппаратное обеспечение хост-контроллера установит флаг / прерывание, если ответ не будет получен вовремя после 1-2-3 попыток, что будет означать сбой соединения.

Теперь, что послужило основанием для этого ограничения в 1,7 мкс? Он основан на наихудшем случае передачи пакетов рукопожатия. Все объясняется в спецификациях USB 2.0, раздел 7.1.19.2. Есть три фактора:

  1. Физическая целостность сигнала по дифференциалу витой пары для реально изготавливаемых кабелей (согласование импеданса, однородность кабеля, потеря сигнала). Это получилось как ограничение длины кабеля 5 м на сегмент. Кабель длиной 5 м имеет предполагаемую задержку распространения в одном направлении 26 нс в соответствии со спецификациями USB. Все шесть кабелей будут иметь задержку прохождения сигнала в обоих направлениях около 300 нс.

  2. Задержка распространения цифрового сигнала вдоль пути ретранслятора концентратора, которая ограничена предложенной архитектурой до 40 битов HS, что составляет около 80 нс на концентратор в одном направлении. Пять узлов будут иметь задержку туда и обратно около 800 нс.

  3. Устройство USB может отвечать в 192 бит, что составляет 400 нс.

Итак, общее время отклика составляет 1500 нс. Спецификация допускает некоторый провал и увеличивает время ожидания до 1700 нс.

Следовательно, ограничение времени распространения мультимедиа составляет 1700 нс - 400 нс = 1300 нс или 650 нс в одну сторону. Если вы можете изготовить кабель с такими низкими потерями, превышающими 650 нс распространения волны, что он может доставить открытый сигнальный глазок, соответствующий шаблону USB на дальнем конце, хост с одним устройством USB может работать с ним. Взяв 26 нс на 5 м, мы получаем 125 м кабеля. Это максимальный теоретический предел.

Я хотел бы посмотреть, можно ли сделать такой кабель. Лично у меня была хорошая безошибочная связь с кабелем 40 футов (12 м), сделанным из Cat 5e. Но это зависит от качества / чувствительности приемников на обоих концах канала.

ДОПОЛНЕНИЕ: приведенный выше ответ действителен только для общего протокола связи USB HS. Однако есть еще одно функциональное ограничение на максимальную длину кабеля в USB: это связано с функцией высокоскоростного отключения. Разъединение HS в USB основано на идее, что отсоединенный кабель будет отражать обратный сигнал, поэтому отражение в сумме приводит к возбужденному напряжению, что приводит к удвоению амплитуды сигнала на передатчике. Как и предполагалось, хост HS отправляет маркеры микрокадров (называемые SOF) каждые 125 мкс. В целях обнаружения отсоединения кабеля пакет SOF имеет удлиненный конец пакета длиной ~ 83 нс (нормальная длина EOP составляет 16,6 нс).

Если USB-кабель отсоединен от хост-порта, нет проблем. Но если устройство (с его выводом) отключается на дальнем конце длинного кабеля, отражение должно вернуться в течение 83 нс, амплитуда удвоится, и специальный компаратор в приемнике PHY зарегистрирует условие «HS отключение» , Это устанавливает предел для кабеля, который имеет 41,5 нс задержки в одном направлении. Предполагая, что скорость распространения составляет 6 дюймов в 1 нс, длина кабеля должна быть менее 250 дюймов или около 6,5 м.

Это ограничение имеет место, только если вы хотите почувствовать чистое и быстрое отключение. При использовании более длинного кабеля порт хоста в конечном итоге будет отключен из-за ошибки протокола, поэтому в конце не возникнет особых проблем.

Ale..chenski
источник
1
Как вы проверили частоту ошибок в вашей настройке?
ЗАБ
@ Али Чен, спасибо за этот невероятно информативный информационный пост! +1
Сэм
1
@ZAB Эксперимент проводился между двумя полированными концентраторами USB2514B, со всей тщательностью по следам и разъемам и самонастройке терминации. Анализатор протокола CATC USB находился между хостом и первым концентратором, а кабель - между 1-м и вторым концентраторами. Не было никаких ошибок протокола, вообще. Конечно, глазная диаграмма была на нижней стороне спецификации.
Ale..chenski
@AliChen Вы когда-нибудь пробовали создать длинный кабель USB 3.0 с использованием Cat 5/6?
псевдосавант
@pseudosavant, нет, я не пробовал, в то время еще не было USB3. Но USB3, как полнодуплексная шина, не имеет ограничений, описанных выше, транзакции могут быть отложены, а ответы в разных каналах могут выходить из строя и не ограничиваться коротким тайм-аутом. Рабочая длина кабеля определяется исключительно качеством кабеля - однородностью, перекрестными помехами и высокочастотными потерями.
Ale..chenski
10

Согласно спецификациям USB , кабели длиной более 5 метров могут привести к слишком большой задержке распространения сигнала.

Но мне удалось построить пассивный USB-удлинитель длиной 10 м / 30 футов, который работал просто отлично. Все, что я сделал, это использовал 100-омный кабель FTP Cat 5e AWG24 с одной витой парой для данных (D + и D-; я использовал зеленую пару), а остальные три витые пары для питания (V + и V-; параллельно сплошной) твердым и полосатым полосатым).

У меня не было проблем с использованием любого USB-устройства через этот кабель.

Крис
источник
Другие имели успех с 10м кабеля тоже: forum.cakewalk.com/...
inf3rno
9

Если вы хотите выйти за пределы 5 метров, используйте усилитель .

Питер Мортенсен
источник
3
интересный. работает на долгое время с использованием CAT5 / 5e / 6 вместо USB-кабеля: «Это устройство plug-and-play состоит из базового блока и удаленного блока, соединенных вместе стандартным сетевым кабелем Cat5, Cat5E или Cat6. Просто подключите ваши кабели к устройству, а затем подключите его к компьютеру и периферийному устройству USB, и все готово к работе. USB-удлинитель Super Booster имеет внутренние цепи питания постоянного тока для поддержания надлежащего напряжения на удаленном устройстве, поэтому для внешнего питания не требуется База или Удаленные единицы. "
шарлатан-кихот
3
Этот «усилитель» работает только на полной скорости USB1.1 12 Мбит / с.
Ale..chenski