Kabely USB poskytují pohodlný způsob připojení periferních zařízení a zařízení k počítači. Délka kabelu však ovlivňuje kvalitu přenosu dat a existuje mnoho faktorů, které omezují délku kabelu USB a rychlost přenosu dat.
Table of Contents
USB standardy a maximální délky
Všichni byli v tomto scénáři: musíte připojit zařízení USB k počítači nebo jinak, přesto nemůžete ani jednu jednotku přesunout. Neexistuje žádná možnost bezdrátového připojení, takže jediným způsobem je kabelové připojení. Jediné USB kabely ve vašem domě nebo kanceláři však mají omezenou délku. proč tomu tak je? Proč jsou kabely USB omezené a jak dlouhé mohou být?
Image Credit: Adafruit Industries/Flickr
Dobrá část z toho pochází od USB Implementers Forum (USB-IF), skupiny odpovědné za definování a implementaci standardů USB po celém světě. Můžete očekávat, že každá generace USB bude mít lepší přenosové rychlosti na delší vzdálenosti, ale opak je pravdou. Čím delší je kabel USB, tím je pravděpodobnější, že se signál zhorší.
Fórum USB Implementers Forum (USB-IF) definovalo maximální délky kabelů pro různé standardy USB:
Typ USB
metrů
Chodidla
USB 1.0/1.1
5
16
USB 2.0
5
16
USB 3.0
3
9
USB 3.1 Gen 1
3
9
USB 3.1 Gen 2
3
9
USB 3.2 Gen 1×1
3
9
USB 3.2 Gen 2×1
3
9
USB 3.2 Gen 2×2
3
9
USB 4
0,8
2.6
Obecně platí, že jak se USB vyvinulo k rychlejším maximálním přenosovým rychlostem, od nízké rychlosti (1,5 Mb/s) v USB 1.0 až po dnešních rychlých 80/120 Gb/s USB4, maximální délka kabelu se snížila. To souvisí především s udržením integrity signálu při stále vyšších rychlostech. Budete také muset zvážit, jaký typ kabelu USB použít.
Faktory omezující délku USB kabelu
Délku kabelu USB omezuje několik technických faktorů:
- Degradace signálu: Všechny kabely fungují jako nízkofrekvenční filtry, které zeslabují složky vysokofrekvenčního signálu. Při rychlostech USB 3.x obsahují signály vysokofrekvenční složky až do několika GHz, které jsou na vzdálenost tlumeny. Toto zkreslení se projevuje jako interference, datové chyby a nižší maximální datové rychlosti.
- Rušení signálu: Delší kabely jsou náchylnější k elektromagnetickému rušení a fungují jako antény, které zachycují šum z blízkých komponent. To poškozuje a zkresluje signál USB. Správné stínění může pomoci tento problém zmírnit.
- Napájení: Tenké USB kabely mají určitý odpor na jednotku délky. Na velké vzdálenosti způsobuje tento odpor kabelu měřitelný pokles napětí v důsledku vysokého výkonu možného přes kabely USB-C. To ovlivňuje stabilní tok energie do připojených zařízení.
- Načasování: Zpoždění šíření v kabelech znamená, že načasování USB signálů může driftovat a chvět ve srovnání s jejich zdrojem. To zkresluje vzory signálových očí a obnovu hodin, což může způsobit chyby dat nebo neúspěšné handshake zařízení.
Vzhledem k výše uvedeným faktorům se USB-IF ustálil na třech až pěti metrech pro pomalejší rychlostní standardy, zatímco nejrychlejší signály SuperSpeed jsou určeny pouze pro jednometrové kabely, aby byl zajištěn výkon.
Použití delších USB kabelů
Zatímco specifikace USB poskytují doporučené maximální délky, lze stále použít delší kabely USB a existuje několik způsobů, jak prodloužit délku kabelu USB (nebo vzdálenost, kterou musí signál nebo data urazit pomocí více kabelů).
Například nízkorychlostní zařízení (USB 1.x) mohou normálně fungovat na delších kabelech kvůli pomalé rychlosti signálu 1,5 Mb/s. Není to samozřejmost a souvisí to s kvalitou kabelu a dalšími faktory, ale stát se to může. Pak máte aktivní kabely s vestavěnými opakovači, které dokážou regenerovat a obnovit USB signál v délce až 15-20 metrů. Níže jsou uvedeny další informace o aktivních kabelech USB a možná budete chtít zvážit, jak rychlý je USB-C.
Pokud jeden kabel USB nedosáhne, kam potřebujete, a nemáte možnost použít aktivní kabel USB, můžete použít prodlužovač USB. USB extendery rozdělují připojení na dva kabelové segmenty se zesilovačem mezi nimi pro zesílení a úpravu signálu. To může umožnit běh na 10 metrů nebo více v závislosti na kvalitě produktu, ale možná budete potřebovat více extenderů nebo relé k překonání větších vzdáleností. Můžete také použít rozbočovače USB jako středové opakovače pro vícesegmentové připojení. Rozbočovač regeneruje signál, což umožňuje celkově delší kabelové trasy.
Pokud jde o použití delších kabelů USB, existují však další úvahy.
„Prémiový“ USB kabel se správným přizpůsobením impedance, stíněním a silnějšími napájecími vodiči lépe udrží integritu signálu na delší vzdálenosti. Případně kabely USB z optických vláken využívají k přenosu dat místo elektrických signálů světlo. To odstraňuje omezení délky, ale vyžaduje adaptéry pro připojení k zařízením, což je dražší.
Měli byste použít aktivní USB kabel?
Aktivní USB kabely jsou jednou z možností pro prodloužení USB připojení nad standardní délku kabelu. Aktivní kabel USB bude dražší než běžný (pasivní) kabel, protože je dodáván s dalšími součástmi, které pomáhají zesilovat a udržovat signál.
Aktivní kabel USB bude obvykle obsahovat opakovač signálu, který umožňuje, aby se signál šířil dále bez degradace. Aktivní kabel USB však vyžaduje zdroj napájení. To je obvykle čerpáno z hostitelského zařízení (jako je váš počítač), ale může také pocházet ze zásuvky s adaptérem USB nebo podobně.
Aktivní kabely USB se častěji používají s novějšími specifikacemi USB, jako je USB 3.x, aby byla zajištěna maximální propustnost dat na větší vzdálenosti. Na to může být kvalitní aktivní USB kabel schopen spolehlivě přenášet data až na vzdálenost 20 metrů.
Možné problémy s dlouhými kabely USB
Zatímco USB je jistě flexibilní, každý kabel má výkonnostní kompromisy. Pochopení efektů délky kabelu pomáhá vysvětlit problémy a činit informovaná rozhodnutí při nákupu a připojování zařízení USB.
Použití delšího kabelu USB je často schůdnou možností, ale můžete narazit na některé problémy.
Problémy s přenosovou rychlostí a výkonem jsou nejčastější problémy spojené s dlouhými kabely USB. Například třímetrový kabel USB 3.2 Gen 2×2 může spolehlivě podporovat pouze 10 Gb/s, zatímco s kabelem USB4 delším než jeden metr se téměř jistě setkáte s problémy s rychlostí přenosu dat (a ne, USB4 a USB-C nejsou není to samé!).
V závislosti na délce kabelu USB a specifikaci USB můžete zjistit, že některá zařízení a služby nefungují tak, jak by měly, zatímco režie šířky pásma z opravy chyb může také bránit výkonu.
Existuje také problém s napájením přes USB. Jednoduše řečeno, některá zařízení nebudou vůbec fungovat, pokud je USB kabel příliš dlouhý a neodebírá potřebnou energii z hostitelského zařízení.
Pro úlohu použijte kabel USB správné délky
Jakmile znáte maximální délku kabelu USB, můžete lépe plánovat uspořádání hardwaru, aniž byste museli kupovat relé, aktivní kabely USB, rozbočovače USB a podobně. Přesto jsou chvíle, kdy je použití dlouhého kabelu USB nevyhnutelné, ale alespoň budete vědět, jak daleko jej můžete zatlačit, aniž byste utrpěli ztrátu signálu nebo dat.