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USB 电缆的最大长度是多少？

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USB 电缆的最大长度是多少？

我想使用很长的 USB 电缆将网络摄像头放置在另一个房间。我发现的最大长度是 5 米。

  1. USB 电缆的最大长度是多少？

  2. 使用 USB 延长线时可以达到的最大长度是多少？

答案1

5 米是 USB 电缆的最大长度。您可以通过串行连接 USB 集线器（最多可连接 5 个集线器）来延长电缆长度。由于时间问题，您不能只使用 USB 延长线。

来自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（略小于 16 英尺 5 英寸）。对于低速设备，限制为 3 米（9 英尺 10 英寸）。

Q2：为什么我不能使用长度超过 3 米或 5 米的电缆？
A2：USB 的电气设计不允许这样做。在设计 USB 时，我们决定以某种方式处理 USB 数据线上的电磁场传播，即限制 USB 电缆的最大长度在 4 米范围内。这种方法有许多优点，而且由于 USB 适用于桌面环境，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希望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。

Q3：USB 设备可以放在离 PC 多远的地方？
A3：最多 5 个集线器用 5 米长的电缆连接，一根 5 米长的电缆连接到全速设备，这样电缆长度将达到 30 米（详情请参阅第 7.1.19 节）。使用低速设备，您可以获得高达 27 米的范围，具体取决于设备电缆的长度。使用简单的电缆布线，您可能能够从 PC 延伸出 25 米左右。

Q4：我需要将 USB 设备放置在距离 PC 一定距离的地方。我该怎么办？
A4：如果 X 小于 25 米左右（参见上一个问题），请购买一组集线器并使用 5 米长的电缆将它们串联起来。如果您需要走得更远，请将另一台 PC 或笔记本电脑放在需要设备的位置，并使用旨在实现长距离连接的设备（例如以太网或 RS-485）将其与第一台 PC 联网。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。

答案2

如果 OP 指的是以高速 USB2.0 通信速度 (480 Mbit/s) 运行的链接，则所有答案都是错误的。

USB 通信链路的长度受 USB 架构的限制，因为链路中有五个集线器。USB 协议要求 USB 设备以 ACK、NAK、NRDY 等形式发回握手数据包。这些响应必须在指定的超时时间内返回主机，该超时设置为 1.7 µs。如果在 1-2-3 次尝试后仍未及时收到响应，主机控制器硬件将设置一个标志/中断，这意味着链路故障。

那么，1.7 µs 限制的依据是什么呢？它基于最坏情况下的握手数据包往返。USB 2.0 规范第 7.1.19.2 节对此进行了解释。有三个因素：

  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）。结果显示每段电缆长度限制为 5 米。根据 USB 规范，5 米电缆的单向传播延迟估计为 26 纳秒。所有六根电缆的往返延迟约为 300 纳秒。

  2. 数字信号沿集线器中继器路径的传播延迟，根据建议的架构限制为 40 HS 位时间，即每个集线器单向约 80 纳秒。五个集线器的往返延迟约为 800 纳秒。

  3. USB 设备允许在 192 位时间内做出响应，也就是 400 纳秒。

因此，总响应时间为 1500 纳秒。规范允许一些宽裕度，并将超时时间延长至 1700 纳秒。

因此，介质传播时间的极限是 1700 纳秒 - 400 纳秒 = 1300 纳秒，即单向 650 纳秒。如果您能制造一条在 650 纳秒的波传播过程中损耗如此之低的电缆，以至于它可以提供符合 USB 远端模板的开放信号眼图，那么带有单个 USB 设备的主机就可以使用它。以每 5 米 26 纳秒计算，电缆长度为 125 米。这是理论极限。

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

补充：上述答案仅适用于整体 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，即断开的电缆会反射回信号，因此反射会增加驱动电压，导致发射器处的信号幅度加倍。按照设计，HS 主机每 125 微秒发送一次微帧标记（称为 SOF）。为了检测电缆断开，SOF 数据包具有延长的数据包末尾，长度约为 83 纳秒（正常 EOP 长度为 16.6 纳秒）。

如果 USB 电缆在主机端口处断开，则没有问题。但是，如果设备（及其终端）在长电缆的远端断开，则反射必须在 83 纳秒内返回，幅度将加倍，并且 PHY 接收器中的特殊比较器将记录“HS 断开”条件。这设置了具有 41.5 纳秒单向传播延迟的电缆限制。假设每 1 纳秒的传播速度为 6 英寸，这要求电缆长度小于 250 英寸，或约 6.5 米长。

此限制仅在您想要感知干净且快速的断开连接时才会发生。使用较长的电缆，主机端口最终将由于协议错误而被禁用，因此最终不会出现太大问题。

答案3

根据 USB 规范，长度超过5米的电缆会导致信号传播延迟过大而无法工作。

但我设法制作了一条 10 米/30 英尺的无源 USB 2.0 延长线，效果很好。我所做的就是使用 FTP Cat 5e AWG24 100 欧姆电缆，其中一条双绞线用于传输数据（D+ 和 D-；我使用了绿色对），另外三条双绞线用于传输电源（V+ 和 V-；并联实线对实线和条带对条带）。

我通过此电缆使用任何 USB 设备都没有问题。使用 USB 存储设备进行快速测试，测得速度约为 292 Mbps，与不使用延长线连接时的速度相同。

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