Ich möchte ein sehr langes USB-Kabel verwenden, um eine Webcam in einem anderen Raum aufzustellen. Die maximale Länge, die ich gefunden habe, beträgt fünf Meter.
Was ist die maximale Länge eines USB-Kabels?
Was ist die maximal erreichbare Länge bei Verwendung von USB-Verlängerungskabeln?
5 Meter ist das maximale USB-Kabel. Sie können noch weiter gehen, indem Sie USB-Hubs seriell anschließen (maximal 5 Hubs, die auf diese Weise verkettet sind). Sie können aus Zeitgründen nicht einfach USB-Verlängerungskabel verwenden.
Aus den USB FAQ :
Q1: Wie lang kann ich mein Gerät anschließen? A1: In der Praxis begrenzt die USB-Spezifikation die Länge eines Kabels zwischen Full-Speed-Geräten auf 5 Meter (etwas unter 16 Fuß 5 Zoll). Für ein Low-Speed-Gerät beträgt die Grenze 3 Meter (9 Fuß 10 Zoll).
Q2: Warum kann ich kein Kabel verwenden, das länger als 3 oder 5 m ist? A2: Das elektrische Design von USB lässt dies nicht zu. Als USB entworfen wurde, entschied man sich, die Ausbreitung elektromagnetischer Felder auf USB-Datenleitungen so zu handhaben, dass die maximale Länge eines USB-Kabels auf eine Reichweite von 4 m begrenzt war. Diese Methode hat eine Reihe von Vorteilen, und da USB für eine Desktop-Umgebung vorgesehen ist, wurden die Reichweitenbeschränkungen als akzeptabel erachtet. Wenn Sie mit der Theorie der Übertragungsleitung vertraut sind und mehr Details zu diesem Thema erfahren möchten, werfen Sie einen Blick auf den Abschnitt über USB-Signale in der Entwickler-FAQ .
Q3: Wie weit kann ich ein USB-Gerät von einem PC entfernt aufstellen? A3: Mit maximal 5 Hubs, die mit 5m Kabeln verbunden sind, und einem 5m langen Kabel, das zu Ihrem Gerät mit voller Geschwindigkeit führt, erhalten Sie 30m Kabel (siehe Abschnitt 7.1.19 für Details). Mit einem Low-Speed-Gerät können Sie eine Reichweite von bis zu 27 m erzielen, je nachdem, wie lang das Kabel des Geräts ist. Mit einer einfachen Kabelstrecke können Sie wahrscheinlich etwa 25 m vom PC aus erreichen.
Q4: Ich muss ein USB-Gerät in X-Entfernung von meinem PC aufstellen. Was muss ich tun? A4: Wenn die Entfernung X weniger als etwa 25 m beträgt (siehe vorherige Frage), kaufen Sie eine Reihe von Hubs und schließen Sie sie mit 5 m langen Kabeln seriell an. Wenn Sie noch weiter gehen müssen, stellen Sie einen anderen PC oder vielleicht einen Laptop dorthin, wo Sie das Gerät brauchen, und vernetzen Sie es mit dem ersten PC über etwas, das als Fernverbindung gedacht ist, wie z.B. Ethernet oder RS-485. Wenn Sie nichts anderes als USB verwenden müssen, ziehen Sie die Verwendung von USB-basierten Ethernet-Adaptern in Betracht, um die PCs miteinander zu verbinden.
Alle Antworten sind falsch, wenn mit OP der Link gemeint ist, der mit High-Speed-USB2.0-Kommunikationsgeschwindigkeit (480 Mbit/s) arbeitet.
Die Länge eines USB-Kommunikationslinks ist durch die USB-Architektur mit fünf Hubs im Link begrenzt. Das USB-Protokoll erfordert, dass USB-Geräte Handshake-Pakete als ACK, NAK, NRDY usw. zurücksenden. Diese Antworten müssen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, die auf 1,7 µs festgelegt ist, zum Host zurückkommen. Die Host-Controller-Hardware würde eine Flagge/einen Interrupt setzen, wenn die Antwort nicht rechtzeitig nach 1-2-3 Versuchen empfangen wird, was den Verbindungsausfall bedeuten würde.
Nun, was war die Grundlage für diese Begrenzung auf 1.7 µs? Sie basiert auf einem Worst-Case-Round-Trip von Handshake-Paketen. Alles wird in den USB 2.0-Spezifikationen, Abschnitt 7.1.19.2, erläutert. Es gibt drei Faktoren:
Physikalische Signalintegrität über ein Twisted-Pair-Differenzial für ein realistisch herstellbares Kabel (Impedanzanpassung, Kabelgleichmäßigkeit, Signalverlust). Daraus ergab sich ein Grenzwert von 5 m Kabellänge pro Segment. Ein 5 m-Kabel hat eine geschätzte Einweg-Ausbreitungsverzögerung von 26 ns pro USB-Spezifikation. Alle sechs Kabel werden eine Hin- und Rücklaufverzögerung von etwa 300 ns haben.
Digitale Signalausbreitungsverzögerung entlang des Repeater-Pfades des Hubs, die durch die vorgeschlagene Architektur auf 40 HS-Bitzeiten begrenzt ist, was etwa 80 ns pro Hub in einer Richtung beträgt. Fünf Hubs werden eine Hin- und Rücklaufverzögerung von etwa 800 ns haben.
Ein USB-Gerät darf in 192 Bit-Zeiten antworten, das sind 400 ns.
Die gesamte Antwortzeit beträgt also 1500 ns. Die Spezifikation lässt einen gewissen Schlupf zu und erweitert die Zeitspanne auf 1700 ns.
Daher beträgt die Grenze für die Medienausbreitungszeit 1700 ns - 400 ns = 1300 ns, oder 650 ns in einer Richtung. Wenn Sie ein Kabel herstellen können, das einen so geringen Verlust über 650 ns Wellenausbreitung hat, dass es ein offenes Signalauge liefern kann, das der USB-Vorlage des fernen Endes entspricht, kann ein Host mit einem einzigen USB-Gerät damit arbeiten. Wenn man 26 Nbsp;ns pro 5 Nbsp;m nimmt, kommt man auf 125 Nbsp;m Kabel. Dies ist die maximale theoretische Grenze.
Ich würde gerne sehen, ob diese Art von Kabel hergestellt werden kann. Ich persönlich hatte eine gute Null-Fehler-Verbindung mit einem 40 ft (12 m) Kabel aus Cat 5e. Aber das hängt 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 weitere funktionelle Beschränkung der maximalen Kabellänge bei USB: Sie hängt mit der Hochgeschwindigkeits-Trennfunktion zusammen. Die HS-Trennung bei USB basiert auf der Idee, dass ein abgetrenntes Kabel das Signal zurückreflektieren würde, so dass sich die Reflexion zu der getriebenen Spannung addiert, was zu einer Verdoppelung der Signalamplitude am Sender führt. Wie entworfen, sendet der HS-Host alle 125 us Mikrorahmen-Markierungen (SOF genannt). Zum Zweck der Erkennung von Kabeltrennungen hat das SOF-Paket ein längliches Paketende, ~83 ns lang (normales EOP ist 16,6ns lang).
Wenn das USB-Kabel am Host-Port abgetrennt wird, kein Problem. Wenn jedoch ein Gerät (mit seiner Terminierung) am entfernten Ende eines langen Kabels abgetrennt wird, muss die Reflexion innerhalb von 83 ns zurückkommen, die Amplitude wird sich verdoppeln, und ein spezieller Komparator im PHY-Empfänger registriert den Zustand “HS disconnect”. Dadurch wird die Kabelgrenze auf 41,5 ns Einweg-Ausbreitungsverzögerung festgelegt. Bei einer angenommenen Ausbreitungsgeschwindigkeit von 6" pro 1 ns erfordert dies, dass das Kabel weniger als 250" oder etwa 6,5 m lang ist.
Diese Begrenzung findet nur statt, wenn Sie eine saubere und schnelle Trennung wahrnehmen wollen. Bei längeren Kabeln wird der Host-Port schließlich aufgrund eines Protokollfehlers deaktiviert, so dass es am Ende nicht mehr viele Probleme gibt.
Laut USB-Spezifikationen würden Kabel, die länger als 5 Meter sind, eine zu große Signalausbreitungsverzögerung verursachen, um zu funktionieren.
Aber ich habe es geschafft, ein passives 10 m/30 ft USB-Verlängerungskabel zu bauen, das sehr gut funktioniert hat. Ich habe lediglich ein FTP Cat 5e AWG24 100 ohm-Kabel mit einem verdrillten Paar für Daten (D+ und D-; ich habe das grüne Paar verwendet) und den anderen drei verdrillten Paaren für Strom (V+ und V-; parallel massiv zu massiv und Streifen zu Streifen) verwendet.
Ich hatte kein Problem damit, irgendein USB-Gerät über dieses Kabel zu verwenden.