Wie lang darf ein USB-Kabel sein und was ist die maximale USB-Kabellänge?

USB-Kabel bieten eine bequeme Möglichkeit, Peripheriegeräte und Geräte an einen Computer anzuschließen. Allerdings beeinflusst die Kabellänge die Qualität der Datenübertragung, und es gibt viele Faktoren, die die Länge und Datenraten von USB-Kabeln begrenzen.

USB-Standards und maximale Längen

Jeder kennt dieses Szenario: Sie müssen ein USB-Gerät an Ihren Computer oder auf andere Weise anschließen, können aber keines der beiden Geräte bewegen. Es gibt keine drahtlose Option, daher ist eine Kabelverbindung die einzige Möglichkeit. Doch die einzigen USB-Kabel in Ihrem Haus oder Büro sind alle in ihrer Länge begrenzt. Warum das? Warum sind USB-Kabel begrenzt und wie lang dürfen sie sein?

Nun, ein großer Teil davon ist dem USB Implementers Forum (USB-IF) zu verdanken, der Gruppe, die für die Definition und Implementierung von USB-Standards weltweit verantwortlich ist. Man könnte erwarten, dass jede USB-Generation bessere Datenübertragungsraten über größere Entfernungen bietet, aber das Gegenteil ist der Fall. Je länger das USB-Kabel ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Signal schlechter wird.

Das USB Implementers Forum (USB-IF) hat maximale Kabellängen für verschiedene USB-Standards definiert:

Im Allgemeinen hat sich die maximale Kabellänge verringert, da sich USB hin zu schnelleren maximalen Datenraten weiterentwickelt hat, von Low Speed ​​(1,5 Mbit/s) in USB 1.0 bis hin zu den schnellen 80/120 Gbit/s von USB4 heute. Dies hängt in erster Linie mit der Aufrechterhaltung der Signalintegrität bei immer höheren Geschwindigkeiten zusammen. Das wirst du auch müssen Überlegen Sie, welchen USB-Kabeltyp Sie verwenden möchten.

Faktoren, die die Länge des USB-Kabels begrenzen

Mehrere technische Faktoren begrenzen die Länge eines USB-Kabels:

• Signalverschlechterung: Alle Kabel wirken als Tiefpassfilter und dämpfen höherfrequente Signalanteile. Bei USB 3.x-Geschwindigkeiten enthalten Signale Hochfrequenzanteile bis zu mehreren GHz, die über die Distanz gedämpft werden. Diese Verzerrung äußert sich in Interferenzen, Datenfehlern und niedrigeren maximalen Datenraten.
• Signalstörungen: Längere Kabel sind anfälliger für elektromagnetische Störungen und fungieren als Antennen, die Geräusche von in der Nähe befindlichen Komponenten auffangen. Dadurch wird das USB-Signal beschädigt und verzerrt. Eine ordnungsgemäße Abschirmung kann helfen, dieses Problem zu mildern.
• StromversorgungHinweis: Dünne USB-Kabel haben einen bestimmten Widerstand pro Längeneinheit. Über große Entfernungen führt dieser Kabelwiderstand aufgrund der hohen Leistungsabgabe, die über USB-C-Kabel möglich ist, zu einem messbaren Spannungsabfall. Dies beeinträchtigt den stetigen Stromfluss zu den angeschlossenen Geräten.
• Zeitliche Koordinierung: Ausbreitungsverzögerungen in Kabeln führen dazu, dass das Timing von USB-Signalen im Vergleich zu ihrer Quelle abweichen und zittern kann. Dadurch werden die Signalaugenmuster und die Taktwiederherstellung verzerrt, was möglicherweise zu Datenfehlern oder fehlgeschlagenen Geräte-Handshakes führt.

Angesichts der oben genannten Faktoren hat sich die USB-ZF für die langsameren Geschwindigkeitsstandards auf drei bis fünf Meter eingependelt. während die schnellsten SuperSpeed-Signale nur für Kabelstrecken mit einer Länge von einem Meter vorgesehen sind, um dies zu gewährleisten Leistung.

Verwendung längerer USB-Kabel

Während die USB-Spezifikationen empfohlene Maximallängen vorsehen, können längere USB-Kabel dennoch verwendet werden, und das gibt es auch Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Länge eines USB-Kabels (oder die Entfernung, die das Signal oder die Daten zurücklegen müssen) zu verlängern Kabel).

Beispielsweise funktionieren Low-Speed-Geräte (USB 1.x) aufgrund der langsamen Signalrate von 1,5 Mbit/s möglicherweise normal über längere Kabel. Das ist nicht selbstverständlich und hängt von der Kabelqualität und anderen Faktoren ab, kann aber passieren. Dann verfügen Sie über aktive Kabel mit integrierten Repeatern, die das USB-Signal für Längen von bis zu 15–20 Metern regenerieren und wiederherstellen können. Nachfolgend finden Sie weitere Informationen zu aktiven USB-Kabeln, die Sie vielleicht auch in Betracht ziehen sollten wie schnell ein USB-C ist.

Wenn ein einzelnes USB-Kabel nicht dorthin gelangt, wo Sie es benötigen, und Sie keine Möglichkeit haben, ein aktives USB-Kabel zu verwenden, können Sie einen USB-Extender verwenden. USB-Extender teilen die Verbindung in zwei Kabelsegmente mit einem Verstärker dazwischen, um das Signal zu verstärken und aufzubereiten. Dies ermöglicht je nach Produktqualität Lauflängen von 10 Metern oder mehr. Um größere Entfernungen abzudecken, benötigen Sie jedoch möglicherweise mehrere Extender oder Relais. Sie können USB-Hubs auch als Mid-Point-Repeater für Verbindungen mit mehreren Segmenten verwenden. Der Hub regeneriert das Signal und ermöglicht so insgesamt längere Kabelstrecken.

Bei der Verwendung längerer USB-Kabel gibt es jedoch noch andere Überlegungen.

Ein „Premium“-USB-Kabel mit geeigneter Impedanzanpassung, Abschirmung und dickeren Stromleitern sorgt für eine bessere Signalintegrität über größere Entfernungen. Alternativ verwenden Glasfaser-USB-Kabel Licht zur Datenübertragung statt elektrischer Signale. Dadurch werden Längenbeschränkungen aufgehoben, für den Anschluss an Geräte sind jedoch Adapter erforderlich, die teurer sind.

Sollten Sie ein aktives USB-Kabel verwenden?

Aktive USB-Kabel sind eine Möglichkeit, USB-Verbindungen über die Standardkabellänge hinaus zu verlängern. Ein aktives USB-Kabel kostet mehr als ein normales (passives) Kabel, da es über zusätzliche Komponenten verfügt, die zur Verstärkung und Aufrechterhaltung des Signals beitragen.

Normalerweise enthält ein aktives USB-Kabel einen Signalverstärker, der es dem Signal ermöglicht, ohne Verschlechterung weiterzuleiten. Allerdings benötigt ein aktives USB-Kabel eine Stromquelle. Dieser wird normalerweise vom Hostgerät (z. B. Ihrem Computer) bezogen, kann aber auch von einer Steckdose mit USB-Adapterstecker oder ähnlichem stammen.

Aktive USB-Kabel werden häufiger bei neueren USB-Spezifikationen wie USB 3.x verwendet, um einen maximalen Datendurchsatz über größere Entfernungen zu gewährleisten. Dabei kann ein hochwertiges aktives USB-Kabel möglicherweise Daten über eine Entfernung von bis zu 20 Metern zuverlässig übertragen.

Mögliche Probleme mit langen USB-Kabeln

Obwohl USB sicherlich flexibel ist, bringt jedes Kabel Leistungseinbußen mit sich. Das Verständnis der Auswirkungen der Kabellänge hilft, Probleme zu erklären und fundierte Entscheidungen beim Kauf und Anschluss von USB-Geräten zu treffen.

Die Verwendung eines längeren USB-Kabels ist oft eine praktikable Option, es können jedoch einige Probleme auftreten.

Datenraten- und Leistungsprobleme sind die häufigsten Probleme im Zusammenhang mit langen USB-Kabeln. Beispielsweise unterstützt ein drei Meter langes USB 3.2 Gen 2x2-Kabel möglicherweise nur zuverlässig 10 Gbit/s, während bei einem USB4-Kabel, das länger als einen Meter ist, mit ziemlicher Sicherheit Probleme mit der Datenübertragungsrate auftreten werden (und nein, USB4 und USB-C sind nicht dasselbe!).

Abhängig von der Länge des USB-Kabels und der USB-Spezifikation finden Sie möglicherweise bestimmte Geräte und Dienste funktionieren nicht so, wie sie sollten, und auch der Bandbreiten-Overhead durch die Fehlerkorrektur kann dies beeinträchtigen Leistung.

Es gibt auch das Problem der Stromversorgung über USB. Vereinfacht gesagt funktionieren einige Geräte überhaupt nicht, wenn das USB-Kabel zu lang ist und nicht den erforderlichen Strom vom Host-Gerät bezieht.

Verwenden Sie für die jeweilige Aufgabe das USB-Kabel mit der richtigen Länge

Sobald Sie die maximale Länge eines USB-Kabels kennen, können Sie Ihre Hardware-Anordnung besser planen, ohne Relais, aktive USB-Kabel, USB-Hubs oder anderes kaufen zu müssen. Dennoch gibt es Zeiten, in denen die Verwendung eines langen USB-Kabels unvermeidlich ist, aber Sie wissen dann zumindest, wie weit Sie es ausstrecken können, ohne dass es zu Signal- oder Datenverlusten kommt.