สาย USB สามารถมีความยาวได้นานแค่ไหนและความยาวสาย USB สูงสุดคือเท่าไร?

สาย USB เป็นวิธีที่สะดวกในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงและอุปกรณ์เข้ากับคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตาม ความยาวสายเคเบิลส่งผลต่อคุณภาพของการรับส่งข้อมูล และมีปัจจัยหลายประการที่จำกัดความยาวสายเคเบิล USB และอัตราข้อมูล

มาตรฐาน USB และความยาวสูงสุด

ในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องเชื่อมต่ออุปกรณ์ USB เข้ากับคอมพิวเตอร์ แต่พบว่าตนเองไม่สามารถทำได้เนื่องจากอุปกรณ์ไม่ได้อยู่กับที่ อาจดูเหมือนไม่มีตัวเลือกอื่นสำหรับสร้างการเชื่อมต่อ ให้บันทึกผ่านการเชื่อมต่อแบบมีสาย. อย่างไรก็ตาม หากฟังก์ชันไร้สายไม่ใช่ทางเลือกอื่น วิธีเดียวที่จะบรรลุการเชื่อมต่อดังกล่าวได้ก็คือผ่านสาย USB อย่างไรก็ตาม แม้ว่าสายเคเบิลดังกล่าวจะอยู่ภายในที่อยู่อาศัยหรือสถานที่ทำงานของตน แต่ก็มักจะมีความยาวไม่เพียงพอที่จะรองรับระยะห่างที่ต้องการระหว่างทั้งสองยูนิต สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามว่าเหตุใดสายเคเบิล USB จึงมีข้อจำกัดด้านความยาวดังกล่าว และแน่นอนว่าสายเคเบิลเหล่านี้สามารถขยายได้ไกลแค่ไหนก่อนที่ฟังก์ชันการทำงานจะถูกทำลาย

เครดิตรูปภาพ: Adafruit Industries/Flickr

USB Implementers Forum มีบทบาทสำคัญในการสร้างและบังคับใช้มาตรฐาน USB ทั่วโลก ใครๆ ก็คาดหวังว่าความก้าวหน้าในเทคโนโลยี USB จะส่งผลให้ความเร็วในการรับส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นและช่วงที่ขยายออกไป อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณี ในความเป็นจริง เมื่อความยาวของสาย USB เพิ่มขึ้น คุณภาพของสัญญาณที่ส่งก็มีแนวโน้มที่จะลดลง

USB Implementers Forum (USB-IF) ได้สร้างข้อจำกัดที่กำหนดไว้เกี่ยวกับความยาวสายไฟสำหรับข้อกำหนด USB ต่างๆ ครอบคลุมมาตรฐาน USB ที่หลากหลาย

ประเภทยูเอสบี

|

เมตร

|

เท้า

—|—|—

ยูเอสบี 1.0/1.1

|

5

|

16

ยูเอสบี 2.0

|

5

|

16

ยูเอสบี 3.0

|

3

|

9

ยูเอสบี 3.1 เจนเนอเรชั่น 1

|

3

|

9

ยูเอสบี 3.1 เจนเนอเรชั่น 2

|

3

|

9

ยูเอสบี 3.2 เจนเนอเรชั่น 1x1

|

3

|

9

ยูเอสบี 3.2 เจนเนอเรชั่น 2x1

|

3

|

9

ยูเอสบี 3.2 เจนเนอเรชั่น 2x2

|

3

|

9

ยูเอสบี 4

|

0.8

|

2.6

เนื่องจากเทคโนโลยี Universal Serial Bus (USB) มีความก้าวหน้าเพื่อให้ได้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดที่สูงขึ้น ตั้งแต่ระดับปานกลาง 1.5 เมกะบิตต่อวินาที (Mbps) ในการวนซ้ำครั้งแรกด้วย USB 1.0 ไปจนถึงความเร็ว 80 หรือ 120 กิกะบิตต่อวินาที (Gbps) ที่น่าประทับใจ ) ด้วยมาตรฐาน USB4 ล่าสุด เห็นได้ชัดว่าความยาวที่อนุญาตของสายเคเบิลที่เกี่ยวข้องนั้นลดลงตามสัดส่วน ความยาวสายเคเบิลที่ลดลงนี้มีสาเหตุหลักมาจากความจำเป็นในการรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ เนื่องจากความเร็วในการส่งข้อมูลยังคงเร่งความเร็วต่อไป นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงประเภทสายเคเบิล USB เฉพาะที่จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อตั้งค่าระบบของคุณ

ปัจจัยที่จำกัดความยาวของสายเคเบิล USB

ข้อจำกัดทางเทคโนโลยีหลายประการกำหนดข้อจำกัดเกี่ยวกับความยาวของสาย USB รวมถึงความต้านทานไฟฟ้าและการสูญเสียพลังงานเนื่องจากสายเคเบิลที่ยาวกว่า ตลอดจนข้อจำกัดทางกลที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบทางกายภาพของตัวเชื่อมต่อและวัสดุของสายเคเบิล

USB 3.x ใช้ความถี่สัญญาณที่หลากหลายซึ่งสามารถเข้าถึงได้หลายกิกะเฮิรตซ์ อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลทั้งหมดทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน ซึ่งลดความแรงของสัญญาณความถี่สูงเหล่านี้ลงด้วยระยะห่างจากแหล่งกำเนิดที่เพิ่มขึ้น ผลที่ตามมา การเสื่อมสภาพนี้นำไปสู่สัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ในรูปแบบของการรบกวน ข้อมูลเสียหาย และในที่สุดอัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดก็ลดลง

สาย USB ที่มีความยาวมากกว่ามีแนวโน้มที่จะถูกรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากสามารถทำหน้าที่เป็นเสาอากาศซึ่งสามารถรับเสียงรบกวนที่ไม่ต้องการจากอุปกรณ์ข้างเคียงได้ การหยุดชะงักของสัญญาณ USB นี้อาจส่งผลให้ข้อมูลเสียหายและการบิดเบือน โชคดีที่มาตรการป้องกันที่เหมาะสมสามารถลดผลกระทบของการรบกวนดังกล่าวต่อการส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความต้านทานไฟฟ้าของสาย USB แบบบางถือเป็นความท้าทายที่สำคัญเมื่อจ่ายไฟเกินความยาวที่ขยายออกไป จากลักษณะเฉพาะนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงอย่างเห็นได้ชัดจึงเกิดขึ้นตามทางเดินของสายเคเบิล เนื่องจากความจุกระแสไฟจำนวนมากที่มีให้ผ่านการเชื่อมต่อ USB-C ด้วยเหตุนี้ เสถียรภาพและความสม่ำเสมอของกำลังไฟที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ต่อพ่วงที่ต่ออยู่จึงลดน้อยลง

ความแปรผันของเวลาแฝงในการแพร่กระจายที่มีอยู่ในโครงสร้างพื้นฐานของสายเคเบิลอาจส่งผลให้เกิดการเบี่ยงเบนในเวลาของสัญญาณ USB เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งสัญญาณดั้งเดิม ความคลาดเคลื่อนดังกล่าวอาจแสดงออกมาในรูปแบบการกำหนดค่าตาสัญญาณและความสามารถในการกู้คืนสัญญาณนาฬิกาที่บกพร่อง ซึ่งท้ายที่สุดนำไปสู่การส่งข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือการโต้ตอบของอุปกรณ์ที่ทำงานผิดปกติ

จากการพิจารณาที่กล่าวมาข้างต้น USB Implementers Forum ได้กำหนดว่าสายเคเบิลที่ใช้สำหรับมาตรฐานความเร็วที่ต่ำกว่าควรมีความยาวระหว่างสามถึงห้าเมตร ในขณะที่สัญญาณ SuperSpeed ​​ที่ล้ำสมัยได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับความยาวสายเคเบิลเพียงหนึ่งเมตรเพื่อรับประกันประสิทธิภาพสูงสุด ผลงาน.

การใช้สาย USB ที่ยาวขึ้น

แม้ว่าข้อกำหนดเฉพาะของ USB จะให้ขนาดสูงสุดที่แนะนำ แต่ก็เป็นไปได้ที่จะใช้สาย USB ที่ยาวขึ้น และมีวิธีต่างๆ ในการเพิ่มความยาวของสาย USB (ตลอดจนช่วงที่สัญญาณไฟฟ้าหรือข้อมูลต้องเคลื่อนที่ผ่านโดยใช้สายไฟเพิ่มเติม).

ในบางกรณี อุปกรณ์ความเร็วต่ำ เช่น อุปกรณ์ที่ใช้ USB 1.x อาจทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านสายเคเบิลแบบขยาย เนื่องจากอัตราการส่งสัญญาณค่อนข้างช้ากว่า 1.5 Mbps อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์นี้ไม่รับประกันและขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงคุณภาพของสายเคเบิลที่เป็นปัญหา นอกจากนี้ยังมีสาย USB แบบแอคทีฟที่มาพร้อมกับตัวทวนสัญญาณในตัวซึ่งสามารถขยายและฟื้นฟูสัญญาณ USB ได้ในระยะตั้งแต่ 15 ถึง 20 เมตร รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสาย USB แบบแอคทีฟเหล่านี้มีอยู่ด้านล่าง นอกจากนี้อาจใคร่ครวญด้วย

อุปกรณ์ขยาย USB จะช่วยแก้ปัญหาเมื่อสายเคเบิลเส้นเดียวไม่เพียงพอในการไปถึงตำแหน่งที่คุณต้องการ และไม่สามารถใช้งานได้โดยใช้สายเคเบิล USB ที่ใช้งานได้ อุปกรณ์เหล่านี้แบ่งการเชื่อมต่อออกเป็นสองส่วน โดยใช้เครื่องขยายสัญญาณเพื่อปรับปรุงและกู้คืนสัญญาณ แม้ว่าจะสามารถขยายความยาวได้สูงสุดถึง 10 เมตร แต่ระยะทางจริงอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ใช้ ในบางกรณี อาจจำเป็นต้องใช้ตัวขยายหรือรีเลย์เพิ่มเติมเพื่อให้ได้ระยะทางที่มากขึ้น นอกจากนี้ ฮับ USB ยังทำหน้าที่เป็นจุดรีเลย์สำหรับการเชื่อมต่อแบบหลายส่วนโดยการสร้างสัญญาณใหม่ ซึ่งช่วยให้เดินสายเคเบิลโดยรวมได้นานขึ้น

อย่างไรก็ตาม จะต้องคำนึงถึงปัจจัยที่เกินความยาวเมื่อใช้สาย USB แบบขยาย

สายเคเบิล USB ระดับพรีเมียมที่มีการจับคู่อิมพีแดนซ์ที่เหมาะสม การป้องกันที่มีประสิทธิภาพ และตัวนำกำลังแบบเกจที่เพิ่มขึ้นเป็นเครื่องมือในการรักษาความเที่ยงตรงของสัญญาณตลอดความยาวการส่งสัญญาณที่ขยายออกไป ในทางกลับกัน สายเคเบิล USB ไฟเบอร์ออปติกใช้ประโยชน์จากการแพร่กระจายของแสงซึ่งต่างจากสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ในการถ่ายทอดข้อมูล แม้ว่าวิธีนี้จะขจัดข้อจำกัดด้านระยะทาง แต่ก็จำเป็นต้องใช้อะแดปเตอร์เพิ่มเติม ซึ่งอาจส่งผลให้ต้นทุนสูงขึ้น

คุณควรใช้สาย USB ที่ใช้งานอยู่หรือไม่?

ทางเลือกหนึ่งสำหรับการขยายขอบเขตการเชื่อมต่อ USB คือการใช้สาย USB แบบแอคทีฟ ซึ่งมาพร้อมกับฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมที่ออกแบบมาเพื่อปรับปรุงและรักษาความแรงของสัญญาณ อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลที่ใช้งานอยู่เหล่านี้มักจะมีป้ายราคาที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสายเคเบิลแบบพาสซีฟเนื่องจากมีการรวมองค์ประกอบพิเศษดังกล่าวไว้ด้วย

โดยทั่วไป สาย USB แบบแอคทีฟจะมีเครื่องขยายสัญญาณซึ่งช่วยให้สามารถส่งสัญญาณในระยะทางที่ไกลขึ้นได้โดยไม่สูญเสียคุณภาพใดๆ อย่างไรก็ตาม สายเคเบิลประเภทนี้จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งโดยปกติจะได้รับจากอุปกรณ์โฮสต์ เช่น แล็ปท็อปหรือคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อป อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี พลังงานอาจมาจากแท่นชาร์จ USB หรือแหล่งพลังงานภายนอกอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้วสาย USB แบบแอคทีฟจะใช้ร่วมกับข้อกำหนด USB ล่าสุด รวมถึง USB 3.x เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการรับส่งข้อมูลในระยะทางที่ไกลขึ้น ด้วยเหตุนี้สาย USB แบบแอคทีฟคุณภาพสูงจึงเป็นที่ทราบกันดีว่าให้การถ่ายโอนข้อมูลที่เชื่อถือได้ไกลถึงยี่สิบเมตร

ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นกับสาย USB แบบยาว

สาย USB มีระดับความสามารถในการปรับตัว อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้อยู่ภายใต้สัมปทานที่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติงาน ความเข้าใจถึงผลกระทบของความยาวสายเคเบิลต่อการเชื่อมต่ออุปกรณ์ USB ช่วยให้เราสามารถเข้าใจปัญหาที่เกี่ยวข้องและตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดเมื่อเลือกและเชื่อมโยงอุปกรณ์ดังกล่าว

การใช้สาย USB ที่ขยายมากขึ้นมักเป็นทางเลือกที่เป็นประโยชน์ แม้ว่าอาจมีความท้าทายบางประการเกิดขึ้นในกระบวนการนี้ก็ตาม

สาย USB ยาวอาจส่งผลให้เกิดปัญหาด้านอัตราข้อมูลและประสิทธิภาพที่สำคัญเนื่องจากข้อจำกัดโดยธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น การใช้สาย USB 3.2 Gen 2x2 ยาวสามเมตรอาจไม่ให้การถ่ายโอนข้อมูลสม่ำเสมอเกิน 10 Gbps นอกจากนี้ มีความเป็นไปได้สูงที่การขยายความยาวของสายเคเบิล USB4 ให้เกินหนึ่งเมตรจะทำให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลลำบาก ควรสังเกตว่า USB4 และ USB-C เป็นเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะเกี่ยวข้องกันก็ตาม

ฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์หรือบริการที่เชื่อมต่อผ่าน USB อาจได้รับผลกระทบเชิงลบจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความยาวของสายเคเบิลและการยึดตามข้อกำหนด ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดที่ต้องใช้เวลาในการประมวลผลเพิ่มเติมผ่านอัลกอริธึมการแก้ไขข้อผิดพลาด กระบวนการนี้สามารถใช้แบนด์วิธอันมีค่าได้ ซึ่งจะช่วยลดประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

นอกเหนือจากข้อกังวลเรื่องความเข้ากันได้แล้ว ยังมีปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความสามารถของการเชื่อมต่อ USB ในการจ่ายพลังงานที่เพียงพอให้กับอุปกรณ์บางชนิดอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุปกรณ์บางอย่างอาจทำงานไม่ถูกต้องเมื่อเชื่อมต่อผ่านสาย USB ที่ยาวเกินไปหรือไม่เพียงพอต่อการจ่ายไฟจากอุปกรณ์โฮสต์ได้เพียงพอ

ใช้สาย USB ที่มีความยาวที่เหมาะสมสำหรับงาน

เมื่อทราบขอบเขตสูงสุดของสาย USB แล้ว อาจจัดระเบียบการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และหลีกเลี่ยงการซื้อส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น รีเลย์ สาย USB ที่ใช้งานได้ หรือฮับ USB อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การใช้สาย USB แบบขยายอาจไม่สามารถป้องกันได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยความรู้นี้ เราจึงสามารถแยกแยะขีดจำกัดที่อาจเกิดความเสียหายของสัญญาณหรือข้อมูลได้