Lunghezza massima di un cavo USB?


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Voglio usare un cavo USB molto lungo per posizionare una webcam in un'altra stanza. La lunghezza massima che ho trovato era di cinque metri.

  1. Qual è la lunghezza massima di un cavo USB?

  2. Qual è la lunghezza massima raggiungibile quando si utilizzano prolunghe USB?


In alternativa, c'è un'opzione USB wireless da 10 m .
hyperslug,

Risposte:


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5 metri è il cavo USB massimo. Puoi ottenere di più collegando gli hub USB in serie (massimo 5 hub concatenati in questo modo). Non è possibile utilizzare solo prolunghe USB a causa di problemi di temporizzazione.

Dalle domande frequenti su USB :

Q1: quanto tempo posso usare un cavo per collegare il mio dispositivo?
A1: In pratica, la specifica USB limita la lunghezza di un cavo tra i dispositivi a piena velocità a 5 metri (un po 'meno di 16 piedi 5 pollici). Per un dispositivo a bassa velocità il limite è di 3 metri (9 piedi e 10 pollici).

Q2: Perché non posso usare un cavo più lungo di 3 o 5 m?
A2: il design elettrico USB non lo consente. Quando è stato progettato l'USB, è stata presa la decisione di gestire la propagazione dei campi elettromagnetici sulle linee dati USB in modo da limitare la lunghezza massima di un cavo USB a qualcosa nel raggio di 4 m. Questo metodo presenta numerosi vantaggi e, poiché l'USB è destinato a un ambiente desktop, le limitazioni di portata sono state ritenute accettabili. Se hai familiarità con la teoria delle linee di trasmissione e desideri maggiori dettagli su questo argomento, dai un'occhiata alla sezione Segnali USB delle FAQ degli sviluppatori .

Q3: Quanto lontano posso mettere un dispositivo USB da un PC?
A3: Con un massimo di 5 hub collegati con cavi da 5m e un cavo da 5m che va al tuo dispositivo a piena velocità, questo ti darà 30m di cavo (vedi sezione 7.1.19 per i dettagli). Con un dispositivo a bassa velocità, sarai in grado di ottenere una portata fino a 27 m, a seconda della lunghezza del cavo del dispositivo. Con un percorso via cavo semplice, sarai probabilmente in grado di raggiungere circa 25 metri dal PC.

Q4: Devo mettere una distanza X del dispositivo USB dal mio PC. Cosa faccio?
A4: Se X è inferiore a 25 m circa (vedere la domanda precedente), acquistare un sacco di hub e collegarli in serie con cavi da 5 m. Se hai bisogno di andare oltre, inserisci un altro PC o forse un laptop, dove hai bisogno del dispositivo e collegalo in rete con il primo PC usando qualcosa che dovrebbe essere una connessione a lungo raggio, come Ethernet o RS -485. Se non è necessario utilizzare altro che USB, considerare l'utilizzo di adattatori Ethernet basati su USB per collegare insieme i PC.


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Solo FYI, non è davvero un problema di temporizzazione, poiché l'uso di hub non mitiga il tempo di propagazione del segnale. Piuttosto, la lunghezza massima del cavo è dovuta a problemi di capacità / induttanza della linea e alla perdita di tensione del segnale lungo la lunghezza del cavo. Se il cavo era troppo lungo, i livelli della logica digitale potrebbero non essere attivati ​​correttamente all'estremità di ricezione. Ogni hub "rinvia" il segnale per così dire, motivo per cui questa soluzione funziona.
Sfondamento

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@Breakthrough No, la tensione del segnale è abbastanza semplice da amplificare; Penso che si tratti dei tempi sul singolo link. I problemi di capacità e induttanza sono - se guardi da vicino - esattamente il problema del tempismo; Il segnale viene diffuso nella direzione del tempo. Ma anche la latenza può essere rilevante all'interno del protocollo di collegamento; È molto più semplice se puoi utilizzare un round trip completo per ogni byte che trasferisci, senza bisogno di tenere traccia di ciò che potrebbe essere necessario ripetere su un glitch. E la latenza su cinque hub è la stessa per il collegamento da dispositivo a computer;)
Volker Siegel,

Quei 5 hub collegati in serie, devono avere un alimentatore esterno? o è sufficiente con l'alimentazione fornita dalla stessa connessione USB?
GetFree,

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@getfree di solito è necessario alimentare gli hub separatamente. Se si conosce il consumo di energia degli hub e le esigenze di alimentazione dei dispositivi finali, è possibile calcolare se i 500 mA dalla sorgente saranno sufficienti. Su tratti più lunghi, la caduta del villaggio potrebbe essere sufficiente per aver bisogno di almeno alcuni hub pubblicati nella sequenza.
TafT

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Tutte le risposte sono errate se OP indicava il collegamento funzionante alla velocità di comunicazione USB 2.0 ad alta velocità (480 Mbit / s).

La lunghezza di un collegamento di comunicazione USB è limitata dall'architettura USB di avere cinque hub nel collegamento. Il protocollo USB richiede che i dispositivi USB restituiscano pacchetti di handshake come ACK, NAK, NRDY, ecc. Queste risposte devono tornare all'host entro un timeout specificato, che è impostato su 1,7 µs. L'hardware del controller host imposterà un flag / interrupt se la risposta non viene ricevuta in tempo dopo i tentativi 1-2-3, il che significherebbe l'errore del collegamento.

Ora, qual è stata la base per questa limitazione di 1,7 µs? Si basa su un round trip nel caso peggiore di pacchetti di handshake. Tutto è spiegato nelle specifiche USB 2.0, Sezione 7.1.19.2. Ci sono tre fattori:

  1. Integrità fisica del segnale su un differenziale a doppino intrecciato per cavi realisticamente fabbricabili (adattamento dell'impedenza, uniformità del cavo, perdita del segnale). Ciò è emerso come limite di lunghezza del cavo di 5 m per segmento. Un cavo da 5 m ha un ritardo di propagazione unidirezionale stimato di 26 ns per le specifiche USB. Tutti e sei i cavi avranno un ritardo di andata e ritorno di circa 300 ns.

  2. Ritardo di propagazione del segnale digitale lungo il percorso del ripetitore dell'hub, limitato dall'architettura suggerita a 40 bit bit HS, che è di circa 80 ns per hub unidirezionale. Cinque hub avranno il ritardo di andata e ritorno di circa 800 ns.

  3. A un dispositivo USB è consentito rispondere in 192 bit, ovvero 400 ns.

Quindi, il tempo di risposta totale è di 1500 ns. La specifica consente un po 'di allentamento e estende il timeout a 1700 ns.

Pertanto, il limite per il tempo di propagazione dei supporti è 1700 ns - 400 ns = 1300 ns o 650 ns in un modo. Se è possibile produrre un cavo con una perdita così bassa su oltre 650 ns di propagazione dell'onda da poter fornire un segnale aperto che soddisfa il modello USB remoto, un host con un singolo dispositivo USB può lavorare con esso. Prendendo 26 ns per 5 m, scende a 125 m di cavo. Questo è il limite teorico massimo.

Mi piacerebbe vedere se questo tipo di cavo può essere realizzato. Personalmente ho avuto un buon collegamento senza errori con un cavo da 12 m (40 piedi) in Cat 5e. Ma dipende dalla qualità / sensibilità dei ricevitori su entrambe le estremità di un collegamento.

AGGIUNTA: la risposta sopra è valida solo per il protocollo di comunicazione USB HS generale. Tuttavia, esiste un'altra limitazione funzionale sulla lunghezza massima del cavo in USB: è correlata alla funzione di disconnessione ad alta velocità. La disconnessione HS in USB si basa sull'idea che un cavo disconnesso rifletterebbe il segnale indietro, quindi la riflessione si somma alla tensione pilotata che porta al raddoppio dell'ampiezza del segnale sul trasmettitore. Come progettato, l'host HS invia marcatori di micro-frame (chiamati SOF) ogni 125 us. Ai fini del rilevamento della disconnessione dei cavi, il pacchetto SOF ha una fine del pacchetto allungata, lunga ~ 83 ns (l'EOP normale è lungo 16,6ns).

Se il cavo USB è disconnesso sulla porta host, nessun problema. Ma se un dispositivo (con la sua terminazione) viene disconnesso all'estremità lontana di un cavo lungo, la riflessione deve ritornare entro 83 ns, l'ampiezza raddoppierà e un comparatore speciale nel ricevitore PHY registrerà la condizione "Scollegamento HS" . Questo imposta il limite del cavo per avere un ritardo di propagazione unidirezionale di 41,5 ns. Supponendo una velocità di propagazione di 6 "per 1 ns, ciò richiede che il cavo sia lungo meno di 250" o lungo circa 6,5 ​​m.

Questa limitazione si verifica solo se si desidera rilevare una disconnessione rapida e pulita. Con un cavo più lungo la porta host verrà eventualmente disabilitata a causa di un errore del protocollo, quindi non ci sono molti problemi alla fine.


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Come hai controllato il tasso di errore sulla tua configurazione?
ZAB,

@ Ali Chen, grazie per questo post informativo incredibilmente informativo! +1
Sam,

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@ZAB L'esperimento è stato condotto tra due hub USB2514B altamente lucidati, con particolare attenzione alle tracce e ai connettori e all'autotuning di terminazione. L'analizzatore di protocollo USB CATC si trovava tra l'host e il primo hub e il cavo si trovava tra il 1 ° hub e il secondo hub. Non ci sono stati errori di protocollo. Il diagramma degli occhi era sul lato inferiore delle specifiche, ovviamente.
Ale..chenski,

@AliChen Hai mai provato a costruire un lungo cavo USB 3.0 usando Cat 5/6?
pseudosavant,

@pseudosavant, no, non ci ho provato, a quel tempo non c'era ancora USB3. Ma l'USB3, come bus full duplex, non ha le restrizioni sopra descritte, le transazioni possono essere rinviate e le risposte in diverse pipe possono andare fuori servizio e non limitate da un breve timeout. La lunghezza del cavo di lavoro è determinata esclusivamente dalla qualità del cavo: uniformità, cross-talk e perdite ad alta frequenza.
Ale..chenski,

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Secondo le specifiche USB , i cavi più lunghi di 5 metri causerebbero un ritardo di propagazione del segnale troppo grande per funzionare.

Ma sono riuscito a costruire un cavo di prolunga USB passivo da 10 m che funzionava perfettamente. Tutto quello che ho fatto è stato utilizzare un cavo FTP Cat 5e AWG24 da 100 ohm con una coppia intrecciata per i dati (D + e D-; ho usato la coppia verde) e le altre tre coppie intrecciate per l'alimentazione (V + e V-; in parallelo solido solido e strisciare a strisce).

Non ho avuto problemi a utilizzare qualsiasi dispositivo USB tramite questo cavo.


Altri hanno avuto successo anche con cavi da 10m: forum.cakewalk.com/…
inf3rno,

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Se vuoi andare oltre i 5 metri, usa un booster .


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interessante. funziona utilizzando CAT5 / 5e / 6 invece del cablaggio USB per il lungo raggio: "Questo dispositivo plug-and-play è costituito da un'unità base e un'unità remota collegate tra loro da un cavo di rete standard Cat5, Cat5E o Cat6. Basta collegare i cavi al dispositivo, quindi connettiti al computer e alla periferica USB e sei pronto e funzionante. L'extender USB Super Booster ha circuiti interni di condizionamento dell'alimentazione CC per mantenere la corretta tensione al dispositivo remoto, quindi non è necessaria alcuna alimentazione esterna per le unità base o remote. "
Quack Quixote

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Questo "booster" funziona solo a una velocità di USB 1.1 12 Mb / s.
Ale..chenski,
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