USB 电缆的最大长度？

Question

我想使用很长的 USB 电缆将网络摄像头放置在不同的房间。我发现的最大长度是五米。

1. USB 电缆的最大长度是多少？

2. 使用 USB 延长线时可达到的最大长度是多少？

Answer 1

5 米是最大的 USB 电缆。您可以通过串行连接 USB 集线器（最多 5 个以这种方式链接的集线器）获得更多信息。由于时间问题，您不能只使用 USB 延长线。

从USB 常见问题解答：

Q1：我可以使用多长的电缆连接我的设备？
A1：实际上，USB 规范将全速设备之间的电缆长度限制为 5 米（略低于 16 英尺 5 英寸）。对于低速设备，限制为 3 米（9 英尺 10 英寸）。

Q2：为什么我不能使用超过 3 或 5m 的电缆？
A2：USB 的电气设计不允许。在设计 USB 时，决定以将 USB 电缆的最大长度限制在 4m 范围内的方式处理 USB 数据线上的电磁场传播。这种方法有许多优点，而且由于 USB 是为桌面环境设计的，因此范围限制被认为是可以接受的。如果您熟悉传输线理论并想了解有关此主题的更多详细信息，请查看开发人员常见问题解答的 USB 信号部分。

Q3：我可以将 USB 设备放置在离 PC 多远的地方？
A3: 最多 5 个集线器连接 5m 电缆和 5m 电缆连接到您的全速设备，这将为您提供 30m 电缆（有关详细信息，请参阅第 7.1.19 节）。使用低速设备，您将能够获得长达 27m 的范围，具体取决于设备电缆的长度。使用简单的电缆路线，您可能能够从 PC 伸出 25m 左右。

Q4：我需要将 USB 设备与我的 PC 保持 X 距离。我该怎么办？
A4：如果X小于25m左右（见上一个问题），买一堆集线器，用5m线串接。如果您需要走得更远，请将另一台 PC 或笔记本电脑放在您需要设备所在的位置，并使用旨在成为远程连接的设备（例如以太网或 RS）与第一台 PC 联网-485。如果您只需要使用 USB，请考虑使用基于 USB 的以太网适配器将 PC 连接在一起。

Answer 2

如果 OP 表示链路以高速 USB2.0 通信速度（480 Mbit/s）运行，则所有答案都不正确。

USB 通信链路的长度受到链路中有五个集线器的 USB 架构的限制。USB 协议要求 USB 设备将握手数据包作为 ACK、NAK、NRDY 等发回。这些响应必须在指定的超时内返回主机，该超时设置为 1.7 µs。如果在 1-2-3 次尝试后没有及时收到响应，主机控制器硬件将设置一个标志/中断，这意味着链接失败。

现在，这个 1.7 µs 限制的基础是什么？它基于握手数据包的最坏情况往返。USB 2.0 规范第 7.1.19.2 节对所有内容进行了解释。有以下三个因素：

1. 实际可制造电缆的双绞线差分物理信号完整性（阻抗匹配、电缆均匀性、信号损耗）。这是每段 5 m 电缆长度限制。根据 USB 规范，一根 5 m 电缆的单向传播延迟估计为 26 ns。所有六根电缆的往返延迟约为 300 ns。

2. 沿集线器中继器路径的数字信号传播延迟，受建议架构限制为 40 HS 位时间，每个集线器单向约为 80 ns。五个集线器将具有大约 800 ns 的往返延迟。

3. 允许 USB 设备以 192 位时间响应，即 400 ns。

因此，总响应时间为 1500 ns。该规范允许有一些松弛，并将超时延长至 1700 ns。

因此，媒体传播时间的限制是 1700 ns - 400 ns = 1300 ns，或 650 ns 一种方式。如果您可以制造出一种在 650 ns 波传播中具有如此低损耗的电缆，以提供符合 USB 远端模板的开放信号眼图，那么具有单个 USB 设备的主机就可以使用它。每 5 m 需要 26 ns，它归结为 125 m 的电缆。这是最大的理论极限。

我很想看看这种电缆是否可以制造。就我个人而言，我使用 Cat 5e 制成的 40 英尺（12 m）电缆建立了良好的无错误链接。但这取决于链路两端接收器的质量/灵敏度。

ADDITION: 以上答案仅适用于整体 USB HS 通信协议。但是，USB 中的最大电缆长度还有另一个功能限制：它与高速断开功能有关。USB 中的 HS 断开基于这样一种想法，即断开的电缆会将信号反射回来，因此反射累加到驱动电压，导致发射器处的信号幅度加倍。按照设计，HS 主机每 125 us 发送一次微帧标记（称为 SOF）。出于电缆断开检测的目的，SOF 数据包有一个加长的数据包末端，约 83 ns 长（正常 EOP 为 16.6ns 长）。

如果 USB 电缆在主机端口断开，则没有问题。但是如果一个设备（及其终端）在长电缆的远端断开，反射必须在 83 ns 内返回，幅度将加倍，PHY 接收器中的一个特殊比较器将记录“HS 断开”条件. 这设置了具有 41.5 ns 单向传播延迟的电缆限制。假设每 1 ns 的传播速度为 6"，这要求电缆长度小于 250"，或约 6.5m 长。

仅当您想要感知干净且快速的断开连接时，才会发生此限制。使用更长的电缆，主机端口最终将因协议错误而被禁用，因此最终问题不大。

Answer 3

根据 USB 规范，超过 5 米的电缆会导致过大的信号传播延迟无法工作。

但我已经设法构建了一条 10 m/30 ft 无源 USB 2.0 延长线，效果很好。我所做的只是使用一根 FTP Cat 5e AWG24 100 欧姆电缆，其中一根双绞线用于数据（D+ 和 D-；我使用绿色对），另外三对双绞线用于电源（V+ 和 V-；平行实心到实心和条纹到条纹）。

我通过这条电缆使用任何 USB 设备都没有问题。使用 USB 存储设备进行的快速测试测得 ~ 292 Mbps，与不使用延长线连接时相同。