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¿Longitud máxima de un cable USB?

Quiero utilizar un cable USB muy largo para colocar una cámara web en una habitación diferente. La longitud máxima que he encontrado es de cinco metros.

  1. ¿Cuál es la longitud máxima de un cable USB?

  2. ¿Cuál es la longitud máxima que se puede alcanzar con los cables alargadores USB?

58voto

user12786 Puntos 454

5 metros es el cable USB máximo. Puedes llegar más lejos conectando concentradores USB en serie (un máximo de 5 concentradores encadenados de esta forma). No puedes usar cables de extensión USB por problemas de sincronización.

Desde el PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE EL USB :

P1: ¿Qué longitud de cable puedo utilizar para conectar mi dispositivo?
A1: En la práctica la especificación USB limita la longitud de un cable entre dispositivos velocidad a 5 metros (un poco menos de 16 pies y 5 pulgadas). Para un dispositivo de baja velocidad el límite es de 3 metros (9 pies 10 pulgadas).

P2: ¿Por qué no puedo usar un cable más largo de 3 o 5 m?
A2: El diseño eléctrico de diseño no lo permite. Cuando el USB fue diseñado, se tomó la decisión de manejar la propagación de campos electromagnéticos en las líneas de de una manera que limitara la longitud máxima de un cable USB a algo en el rango de 4m. Este método de método tiene una serie de ventajas y, ya que el USB está pensado para un entorno de escritorio, las limitaciones de alcance se consideraron aceptables. Si está familiarizado con la teoría de las líneas de transmisión y quieres más detalles sobre este tema eche un vistazo a la sección de señales USB de la preguntas frecuentes de los desarrolladores .

P3: ¿A qué distancia de un PC puedo poner un dispositivo USB?
A3: Con un máximo de 5 hubs conectados con cables de 5m y un cable de 5m de cable que va a su dispositivo de máxima velocidad, esto le dará 30m de cable (ver sección 7.1.19 para más detalles). Con un dispositivo de baja velocidad, podrá obtener un alcance de hasta 27 m, dependiendo de la longitud del cable del dispositivo. Con un ruta de cable directa, podrá probablemente podrá llegar a 25 m más o menos desde desde el PC.

P4: Necesito poner un dispositivo USB a X distancia de mi PC. ¿Qué debo hacer?
A4: Si X es inferior a 25 m o así (ver pregunta anterior), compre un montón de hubs y conéctalos en serie con cables de 5m de cable. Si necesita ir más lejos que que eso, pon otro PC, o tal vez un portátil, en el lugar donde necesites el dispositivo y conectarlo en red con el primer PC utilizando algo que esté pensado para ser una conexión de largo alcance, como Ethernet o RS-485. Si necesitas usar nada más que USB, considere el uso de adaptadores adaptadores Ethernet para conectar los PCs juntos.

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Para que lo sepas, no es realmente un problema de sincronización, ya que el uso de concentradores no mitiga el tiempo de propagación de la señal. Más bien, la longitud máxima del cable se debe a problemas de capacitancia/inductancia de la línea, y a la pérdida de tensión de la señal a lo largo del cable. Si el cable fuera demasiado largo, los niveles lógicos digitales podrían no activarse correctamente en el extremo receptor. Cada concentrador "reenvía" la señal, por así decirlo, por lo que esta solución funciona.

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@Breakthrough No, la tensión de la señal es bastante fácil de amplificar; creo que se trata de la sincronización en el enlace único. Los problemas de la capacitancia y la inductancia son - si se mira de cerca - exactamente la cuestión de la sincronización; La señal se extiende en la dirección del tiempo. Pero incluso la latencia puede ser relevante dentro del protocolo de enlace; se hace mucho más fácil si se puede utilizar un viaje de ida y vuelta completo para cada byte que se transfiere - no hay necesidad de realizar un seguimiento de lo que puede necesitar repetirse en un fallo. Y la latencia en cinco concentradores es la misma para el enlace dispositivo-ordenador ;)

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Esos 5 concentradores conectados en serie, ¿necesitan tener una fuente de alimentación externa? o es suficiente con la energía suministrada por la propia conexión USB?

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Ali Chen Puntos 362

Todas las respuestas son incorrectas si el OP se refería al enlace que funciona a la velocidad de comunicación USB2.0 de alta velocidad (480 Mbit/s).

La longitud de un enlace de comunicación USB está limitada por la arquitectura USB de tener cinco concentradores en el enlace. El protocolo USB requiere que los dispositivos USB envíen paquetes de respuesta como ACK, NAK, NRDY, etc. Estas respuestas deben volver al host dentro de un tiempo de espera especificado, que se establece en 1,7 µs. El hardware del controlador del host activaría una flag/interrupción si la respuesta no se recibe a tiempo después de 1-2-3 intentos, lo que significaría el fallo del enlace.

Ahora bien, ¿en qué se basa esta limitación de 1,7 µs? Se basa en un viaje de ida y vuelta de paquetes de apretón de manos en el peor de los casos. Todo se explica en las especificaciones de USB 2.0, sección 7.1.19.2. Hay tres factores:

  1. Integridad física de la señal sobre un diferencial de par trenzado para un cable fabricado de forma realista (adaptación de impedancias, uniformidad del cable, pérdida de señal). El resultado fue un límite de longitud de cable de 5 m por segmento. Un cable de 5 m tiene un retardo de propagación unidireccional estimado de 26 ns según las especificaciones del USB. Los seis cables tendrán un retardo de ida y vuelta de unos 300 ns.

  2. El retardo de propagación de la señal digital a lo largo de la ruta del repetidor del concentrador, que está limitado por la arquitectura sugerida a 40 tiempos de bits HS, lo que equivale a unos 80 ns por concentrador de ida. Cinco concentradores tendrán un retardo de ida y vuelta de unos 800 ns.

  3. Un dispositivo USB puede responder en 192 tiempos de bits, es decir, 400 ns.

Así, el tiempo de respuesta total es de 1500 ns. La especificación permite cierta holgura y amplía el tiempo de espera a 1700 ns.

Por lo tanto, el límite del tiempo de propagación del medio es de 1700 ns - 400 ns = 1300 ns, o 650 ns en un sentido. Si se puede fabricar un cable que tenga una pérdida tan baja a lo largo de 650 ns de propagación de la onda que pueda entregar una señal abierta que cumpla con la plantilla del extremo lejano del USB, un host con un solo dispositivo USB puede trabajar con él. Tomando 26 ns por 5 m, se reduce a 125 m de cable. Este es el límite máximo teórico.

Me encantaría ver si se puede hacer este tipo de cable. Personalmente he tenido un buen enlace sin errores con un cable de 12 metros de Cat 5e. Pero depende de la calidad/sensibilidad de los receptores en ambos extremos del enlace.

ADICIÓN: La respuesta anterior sólo es válida para el protocolo general de comunicación USB HS. Sin embargo, hay otra limitación funcional en la longitud máxima del cable en USB: está relacionada con la función de desconexión de alta velocidad. La desconexión de alta velocidad en USB se basa en la idea de que un cable desconectado reflejaría la señal de vuelta, por lo que la reflexión se suma a la tensión conducida que conduce a la duplicación de la amplitud de la señal en el transmisor. Tal y como está diseñado, el host HS envía marcadores de microfotogramas (llamados SOF) cada 125 us. Para la detección de la desconexión del cable, el paquete SOF tiene un final de paquete alargado, de ~83 ns de longitud (el EOP normal tiene una longitud de 16,6ns).

Si el cable USB está desconectado en el puerto anfitrión, no hay problema. Pero si un dispositivo (con su terminación) se desconecta en el extremo más alejado de un cable largo, el reflejo debe volver antes de 83 ns, la amplitud se duplicará, y un comparador especial en el receptor PHY registrará la condición de "desconexión HS". Esto establece el límite del cable de tener un retardo de propagación unidireccional de 41,5 ns. Suponiendo una velocidad de propagación de 6" por 1 ns, esto requiere que el cable tenga menos de 250" de longitud, o unos 6,5m de largo.

Esta limitación sólo tiene lugar si se quiere percibir una desconexión limpia y rápida. Con un cable más largo, el puerto anfitrión se deshabilitará eventualmente debido a un error de protocolo, así que no hay mucho problema al final.

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¿Cómo has comprobado la tasa de error en tu configuración?

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@Ali Chen, ¡gracias por este post increíblemente informativo! +1

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@ZAB El experimento se hizo entre dos hubs USB2514B muy pulidos, con todo el cuidado de las trazas y los conectores y el autoajuste de la terminación. El analizador de protocolo USB CATC estaba entre el host y el primer hub, y el cable estaba entre el primer hub y el segundo. No hubo errores de protocolo, en absoluto. El diagrama de ojo estaba en el lado inferior de las especificaciones, por supuesto.

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Chris Puntos 134

Según las especificaciones del USB Los cables de más de 5 metros causarían un retardo de propagación de la señal demasiado grande para funcionar.

Pero he conseguido construir un cable de extensión USB 2.0 pasivo de 10 m/30 pies que ha funcionado bien. Todo lo que hice fue utilizar un cable FTP Cat 5e AWG24 de 100 ohmios con un par trenzado para los datos (D+ y D-; utilicé el par verde), y los otros tres pares trenzados para la alimentación (V+ y V-; en paralelo sólido a sólido y raya a raya).

No he tenido ningún problema para utilizar cualquier dispositivo USB a través de este cable. Una prueba rápida con un dispositivo de almacenamiento USB midió ~ 292 Mbps, lo mismo que cuando estaba conectado sin el cable de extensión.

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Otros han tenido éxito con cables de 10 metros también: forum.cakewalk.com/

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¿Qué velocidad has conseguido? ¿Obtuviste USB 3 SuperSpeed 5 Gbps?

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@CristianCiupitu En su momento lo hice para USB 2.0 y era para un caso de uso de poco ancho de banda, 10-20 Mbps. Acabo de hacer una prueba ahora con el cable mencionado, y transfirió 1,5GB en 41 seg, así que ~ 292 Mbps (480Mbps es lo ideal, nunca se alcanzará). No he construido un cable para USB 3.1 que requiera 2 pares adicionales. Además, el mayor ancho de banda requerirá un mejor apantallamiento.

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