Kuinka pitkä USB-kaapeli voi olla ja mikä on USB-kaapelin enimmäispituus?

USB-kaapelit tarjoavat kätevän tavan liittää oheislaitteita ja laitteita tietokoneeseen. Kaapelin pituus kuitenkin vaikuttaa tiedonsiirron laatuun, ja monet tekijät rajoittavat USB-kaapelin pituutta ja tiedonsiirtonopeuksia.

USB-standardit ja enimmäispituudet

Kaikki ovat olleet tässä skenaariossa: sinun on liitettävä USB-laite tietokoneeseesi tai muuten, mutta et voi siirtää kumpaakaan yksikköä. Langatonta vaihtoehtoa ei ole, joten langallinen yhteys on ainoa tapa. Silti talosi tai toimistosi ainoat USB-kaapelit ovat pituudeltaan rajoitettuja. Miksi niin? Miksi USB-kaapeleita on rajoitetusti, ja kuinka pitkiä ne voivat olla?

Suuri osa siitä tulee USB Implementers Forumille (USB-IF), ryhmälle, joka vastaa USB-standardien määrittelystä ja käyttöönotosta maailmanlaajuisesti. Saatat odottaa jokaisella USB-sukupolvelle paremman tiedonsiirtonopeuden pitkillä etäisyyksillä, mutta asia on päinvastoin. Mitä pidempi USB-kaapeli on, sitä todennäköisemmin signaali heikkenee.

USB Implementers Forum (USB-IF) on määrittänyt kaapelien enimmäispituudet eri USB-standardeille:

Yleisesti ottaen, kun USB on kehittynyt nopeampiin maksimitiedonopeuksiin, alhaisesta nopeudesta (1,5 Mbps) USB 1.0:ssa aina USB4:n nopeaan 80/120 Gbps: iin nykyään, kaapelin enimmäispituus on lyhentynyt. Tämä liittyy ensisijaisesti signaalin eheyden säilyttämiseen yhä suuremmilla nopeuksilla. Sinun tulee myös harkitse käytettävää USB-kaapelin tyyppiä.

USB-kaapelin pituutta rajoittavat tekijät

Useat tekniset tekijät rajoittavat USB-kaapelin pituutta:

• Signaalin heikkeneminen: Kaikki kaapelit toimivat alipäästösuodattimina, vaimentaen korkeataajuisia signaalikomponentteja. USB 3.x -nopeuksilla signaalit sisältävät korkeita taajuuskomponentteja jopa useisiin GHz: iin, jotka vaimentuvat etäisyyden yli. Tämä vääristymä ilmenee häiriöinä, datavirheinä ja alhaisemmilla maksimidatanopeuksilla.
• Signaalin häiriöt: Pidemmät kaapelit ovat herkempiä sähkömagneettisille häiriöille, ja ne toimivat antenneina, jotka poimivat kohinaa lähellä olevista komponenteista. Tämä turmelee ja vääristää USB-signaalia. Asianmukainen suojaus voi auttaa lieventämään tätä ongelmaa.
• Virransyöttö: Ohuilla USB-kaapeleilla on tietty resistanssi yksikköpituutta kohti. Pitkillä etäisyyksillä tämä kaapelin vastus aiheuttaa mitattavissa olevan jännitehäviön USB-C-kaapeleiden kautta mahdollista suuren virransyötön ansiosta. Tämä vaikuttaa tasaiseen virrankulutukseen kytkettyihin laitteisiin.
• Ajoitus: Kaapeleiden etenemisviiveet tarkoittavat, että USB-signaalien ajoitus voi ajautua ja värinää lähteeseen verrattuna. Tämä vääristää signaalien silmäkuvioita ja kellon palautusta, mikä saattaa aiheuttaa datavirheitä tai epäonnistuneita laitteen kättelyjä.

Yllä olevat tekijät huomioon ottaen USB-IF asettui kolmesta viiteen metriin hitaamman nopeuden standardeihin, kun taas nopeimmat SuperSpeed-signaalit on tarkoitettu vain yhden metrin pituisille kaapeleille esitys.

Käytä pidempiä USB-kaapeleita

Vaikka USB-määritykset tarjoavat suositeltuja enimmäispituuksia, pidempiä USB-kaapeleita voidaan silti käyttää, ja niitä on useita tapoja pidentää USB-kaapelin pituutta (tai matkaa, jonka signaalin tai datan on kuljettava useilla kaapelit).

Esimerkiksi matalan nopeuden laitteet (USB 1.x) voivat toimia normaalisti pidemmillä kaapeleilla hitaan 1,5 Mbps: n signaalinopeuden vuoksi. Se ei ole itsestäänselvyys ja liittyy kaapelin laatuun ja muihin tekijöihin, mutta se voi tapahtua. Sitten sinulla on aktiiviset kaapelit sisäänrakennetuilla toistimilla, jotka voivat regeneroida ja palauttaa USB-signaalin jopa 15-20 metrin pituisille. Alla on lisätietoja aktiivisista USB-kaapeleista, mutta sinun kannattaa myös harkita sitä kuinka nopea USB-C on.

Jos yksittäinen USB-kaapeli ei pääse sinne, missä tarvitset sitä, etkä voi käyttää aktiivista USB-kaapelia, voit käyttää USB-jatkoa. USB-jatkeet jakavat yhteyden kahteen kaapeliosaan, joiden välissä on vahvistin signaalin tehostamiseksi ja kunnostamiseksi. Tämä voi mahdollistaa vähintään 10 metrin juoksun tuotteen laadusta riippuen, mutta saatat tarvita useita jatkoja tai releitä suurempien etäisyyksien kattamiseksi. Voit myös käyttää USB-keskittimiä keskipistetoistimina monisegmenttisille yhteyksille. Keskitin regeneroi signaalin, mikä mahdollistaa pidemmät kaapelit.

Pidempien USB-kaapeleiden käytössä on kuitenkin muita näkökohtia.

"Premium"-USB-kaapeli, jossa on oikea impedanssisovitus, suojaus ja paksummat virtajohtimet, säilyttää signaalin eheyden paremmin pitkillä etäisyyksillä. Vaihtoehtoisesti kuituoptiset USB-kaapelit käyttävät valoa tiedon siirtämiseen sähköisten signaalien sijaan. Tämä poistaa pituusrajoitukset, mutta vaatii sovittimien yhdistämistä laitteisiin, mikä maksaa enemmän.

Pitäisikö sinun käyttää aktiivista USB-kaapelia?

Aktiiviset USB-kaapelit ovat yksi vaihtoehto USB-liitäntöjen laajentamiseen normaalin kaapelin pituuden yli. Aktiivinen USB-kaapeli maksaa enemmän kuin tavallinen (passiivinen) kaapeli, koska sen mukana tulee lisäkomponentteja signaalin tehostamiseksi ja ylläpitämiseksi.

Tyypillisesti aktiivinen USB-kaapeli sisältää signaalin toistimen, joka mahdollistaa signaalin kulkemisen pidemmälle huononematta. Aktiivinen USB-kaapeli vaatii kuitenkin virtalähteen. Tämä on yleensä otettu isäntälaitteesta (kuten tietokoneesta), mutta se voi tulla myös pistorasiasta, jossa on USB-sovitinpistoke tai vastaava.

Aktiivisia USB-kaapeleita käytetään useammin uudempien USB-määritysten, kuten USB 3.x: n, kanssa maksimaalisen tiedonsiirron varmistamiseksi pitemmillä etäisyyksillä. Tällöin hyvälaatuinen aktiivinen USB-kaapeli voi siirtää tietoja luotettavasti jopa 20 metrin päähän.

Mahdollisia ongelmia pitkien USB-kaapeleiden kanssa

Vaikka USB on varmasti joustava, jokaisella kaapelilla on suorituskyvyn kompromisseja. Kaapelin pituusvaikutusten ymmärtäminen auttaa selittämään ongelmia ja tekemään tietoisia valintoja USB-laitteita ostettaessa ja liitettäessä.

Pidemmän USB-kaapelin käyttö on usein varteenotettava vaihtoehto, mutta saatat kohdata joitain ongelmia.

Tiedonsiirtonopeus- ja suorituskykyongelmat ovat yleisimpiä pitkiin USB-kaapeleihin liittyviä ongelmia. Esimerkiksi kolmen metrin USB 3.2 Gen 2x2 -kaapeli voi tukea luotettavasti vain 10 Gbps, kun taas olet lähes varma, että kohtaat tiedonsiirtonopeusongelmia yli metrin pituisen USB4-kaapelin kanssa (ja ei, USB4 ja USB-C eivät ole sama asia!).

USB-kaapelin pituudesta ja USB-määrityksistä riippuen saatat löytää tiettyjä laitteita ja palvelut eivät toimi niin kuin pitäisi, vaikka virheenkorjauksen aiheuttama kaistanleveys voi myös haitata esitys.

Ongelmana on myös virransyöttö USB: n kautta. Yksinkertaisesti sanottuna jotkin laitteet eivät toimi ollenkaan, jos USB-kaapeli on liian pitkä eikä se saa tarvittavaa virtaa isäntälaitteesta.

Käytä työhön oikeanpituista USB-kaapelia

Kun tiedät USB-kaapelin enimmäispituuden, voit paremmin suunnitella laitteistosi järjestelyt ostamatta releitä, aktiivisia USB-kaapeleita, USB-keskittimiä tai muuta. Silti on aikoja, jolloin pitkän USB-kaapelin käyttäminen on väistämätöntä, mutta ainakin tiedät kuinka pitkälle voit työntää sitä ilman signaalin tai datan menetystä.