Maximale Länge eines USB-Kabels?

Ich möchte ein sehr langes USB-Kabel verwenden, um eine Webcam in einem anderen Raum zu platzieren. Die maximale Länge, die ich fand, war fünf Meter.

1. Was ist die maximale Länge eines USB-Kabels?

2. Welche maximale Länge kann mit USB-Verlängerungskabeln erreicht werden?

5 Meter ist das maximale USB-Kabel. Sie können weitere Fortschritte erzielen, indem Sie USB-Hubs seriell verbinden (maximal 5 so verkettete Hubs). Sie können aus Zeitgründen nicht einfach USB-Verlängerungskabel verwenden.

Aus der USB-FAQ :

F1: Wie lange kann ich an ein Kabel anschließen, um mein Gerät anzuschließen?
A1: In der Praxis beschränkt die USB-Spezifikation die Länge eines Kabels zwischen Geräten mit voller Geschwindigkeit auf 5 Meter (etwas unter 16 Fuß 5 Zoll). Für ein Gerät mit niedriger Geschwindigkeit liegt die Grenze bei 3 Metern.

F2: Warum kann ich kein Kabel verwenden, das länger als 3 oder 5 m ist?
A2: USBs elektrisches Design erlaubt es nicht. Bei der Entwicklung von USB wurde entschieden, die Ausbreitung elektromagnetischer Felder auf USB-Datenleitungen so zu handhaben, dass die maximale Länge eines USB-Kabels auf einen Wert im Bereich von 4 m begrenzt wurde. Diese Methode bietet eine Reihe von Vorteilen, und da USB für eine Desktop-Umgebung vorgesehen ist, wurden die Reichweitenbeschränkungen als akzeptabel erachtet. Wenn Sie mit der Übertragungsleitungstheorie vertraut sind und mehr Details zu diesem Thema wünschen, lesen Sie den Abschnitt USB-Signale in den Entwickler-FAQ .

F3: Wie weit entfernt von einem PC kann ich ein USB-Gerät anschließen?
A3: Bei maximal 5 Hubs, die mit 5 m langen Kabeln verbunden sind, und einem 5 m langen Kabel, das zu Ihrem Hochgeschwindigkeitsgerät führt, erhalten Sie 30 m Kabel (Einzelheiten siehe Abschnitt 7.1.19). Mit einem Gerät mit niedriger Geschwindigkeit können Sie eine Reichweite von bis zu 27 m erzielen, je nachdem, wie lang das Kabel des Geräts ist. Mit einer unkomplizierten Kabelroute werden Sie wahrscheinlich in der Lage sein, etwa 25 m vom PC entfernt zu sein.

F4: Ich muss ein USB-Gerät in X-Entfernung von meinem PC installieren. Was mache ich?
A4: Wenn X weniger als 25 m lang ist (siehe vorherige Frage), kaufen Sie ein paar Hubs und verbinden Sie sie seriell mit 5 m langen Kabeln. Wenn Sie noch einen Schritt weiter gehen möchten, stellen Sie einen anderen PC oder vielleicht einen Laptop an die gewünschte Stelle und vernetzen Sie ihn mit dem ersten PC über eine Verbindung mit großer Reichweite, z. B. Ethernet oder RS -485. Wenn Sie nur USB verwenden müssen, können Sie die PCs mit USB-basierten Ethernet-Adaptern verbinden.

Alle Antworten sind falsch, wenn OP bedeutet, dass die Verbindung mit High-Speed ​​USB 2.0-Kommunikationsgeschwindigkeit (480 Mbit / s) betrieben wird.

Die Länge einer USB-Kommunikationsverbindung ist durch die USB-Architektur mit fünf Hubs in der Verbindung begrenzt. Das USB-Protokoll erfordert, dass USB-Geräte Handshake-Pakete wie ACK, NAK, NRDY usw. zurücksenden. Diese Antworten müssen innerhalb eines festgelegten Zeitlimits, das auf 1,7 µs festgelegt ist, an den Host zurückgesendet werden. Die Host-Controller-Hardware würde ein Flag / eine Unterbrechung setzen, wenn die Antwort nach 1-2-3 Versuchen nicht rechtzeitig empfangen wird, was den Verbindungsfehler bedeuten würde.

Was war nun die Grundlage für diese 1,7-µs-Begrenzung? Es basiert auf einem Worst-Case-Roundtrip von Handshake-Paketen. Alles wird in den USB 2.0-Spezifikationen in Abschnitt 7.1.19.2 erläutert. Es gibt drei Faktoren:

1. Physikalische Signalintegrität über ein Twisted-Pair-Differential für realistisch herstellbare Kabel (Impedanzanpassung, Kabelgleichmäßigkeit, Signalverlust). Dies ergab eine Kabellängenbegrenzung von 5 m pro Segment. Ein 5-m-Kabel hat eine geschätzte Einweg-Laufzeit von 26 ns gemäß den USB-Spezifikationen. Alle sechs Kabel haben eine Umlaufverzögerung von ca. 300 ns.

2. Verzögerung der digitalen Signalausbreitung auf dem Repeater-Pfad des Hubs, die durch die vorgeschlagene Architektur auf 40 HS-Bitzeiten begrenzt ist, was ungefähr 80 ns pro Hub in eine Richtung entspricht. Fünf Hubs haben eine Umlaufverzögerung von ca. 800 ns.

3. Ein USB-Gerät kann mit 192 Bit antworten, was 400 ns entspricht.

Die Gesamtantwortzeit beträgt also 1500 ns. Die Spezifikation lässt etwas Spiel zu und verlängert das Timeout auf 1700 ns.

Daher beträgt die Grenze für die Medienlaufzeit 1700 ns - 400 ns = 1300 ns oder 650 ns in eine Richtung. Wenn Sie ein Kabel herstellen können, das über eine Wellenausbreitung von 650 ns einen so geringen Verlust aufweist, dass es ein offenes Signalauge liefert, das die USB-Far-End-Vorlage erfüllt, kann ein Host mit einem einzelnen USB-Gerät damit arbeiten. Bei 26 ns pro 5 m werden 125 m Kabel benötigt. Dies ist die theoretische Höchstgrenze.

Ich würde gerne sehen, ob diese Art von Kabel hergestellt werden kann. Persönlich hatte ich eine gute fehlerfreie Verbindung mit einem 12 m langen Kabel aus Cat 5e. Dies hängt jedoch von der Qualität / Empfindlichkeit der Empfänger an beiden Enden einer Verbindung ab.

ZUSATZ: Die obige Antwort gilt nur für das gesamte USB-HS-Kommunikationsprotokoll. Es gibt jedoch eine andere funktionale Einschränkung für die maximale Kabellänge in USB: Sie hängt mit der Hochgeschwindigkeits-Trennfunktion zusammen. Die HS-Trennung in USB basiert auf der Idee, dass ein getrenntes Kabel das Signal zurückreflektieren würde, sodass sich die Reflexion zu der angesteuerten Spannung addiert, was zu einer Verdoppelung der Signalamplitude am Sender führt. Wie geplant sendet der HS-Host alle 125 us Mikrorahmen-Marker (SOF genannt). Zum Zweck der Kabeltrennungserkennung hat das SOF-Paket ein verlängertes Paketende mit einer Länge von ~ 83 ns (normaler EOP ist 16,6 ns lang).

Wenn das USB-Kabel am Host-Port nicht angeschlossen ist, ist dies kein Problem. Wenn jedoch ein Gerät (mit seiner Terminierung) am anderen Ende eines langen Kabels getrennt wird, muss die Reflexion innerhalb von 83 ns zurückkehren, die Amplitude verdoppelt sich und ein spezieller Komparator im PHY-Empfänger registriert den Zustand "HS-Trennung" . Dies legt die Kabelbegrenzung auf 41,5 ns Einweg-Ausbreitungsverzögerung fest. Unter der Annahme einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von 6 "pro 1 ns muss das Kabel weniger als 250" lang oder ungefähr 6,5 m lang sein.

Diese Einschränkung tritt nur auf, wenn Sie eine saubere und schnelle Trennung feststellen möchten. Bei längeren Kabeln wird der Host-Port eventuell aufgrund eines Protokollfehlers deaktiviert, sodass am Ende keine großen Probleme auftreten.

Laut USB-Spezifikationen würden Kabel, die länger als 5 Meter sind, zu einer zu großen Signallaufzeit führen.

Aber ich habe es geschafft, ein passives USB-Verlängerungskabel mit einer Länge von 10 m zu bauen, das einwandfrei funktioniert hat. Ich habe lediglich ein 100-Ohm-FTP-Cat-5e-AWG24-Kabel mit einem Twisted-Pair-Kabel für Daten (D + und D-) und den anderen drei Twisted-Pair-Kabeln für die Stromversorgung (V + und V-) verwendet zu fest und streifen zu streifen).

Ich hatte kein Problem damit, ein USB-Gerät über dieses Kabel zu verwenden.

Wenn Sie weiter als 5 Meter gehen möchten, verwenden Sie einen Booster .