Os cabos USB fornecem uma maneira conveniente de conectar periféricos e dispositivos a um computador. No entanto, o comprimento do cabo afeta a qualidade da transmissão de dados e há muitos fatores que limitam o comprimento do cabo USB e as taxas de dados.
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Padrões USB e comprimentos máximos
Todo mundo já passou por este cenário: você precisa conectar um dispositivo USB ao seu computador ou não, mas não pode mover nenhuma das unidades. Não há opção sem fio, portanto, uma conexão com fio é a única maneira. No entanto, os únicos cabos USB em sua casa ou escritório têm comprimento limitado. Por que é que? Por que os cabos USB são limitados e quanto tempo eles podem ter?
Crédito da imagem: Indústrias Adafruit/Flickr
Bom, boa parte disso se deve ao USB Implementers Forum (USB-IF), grupo responsável por definir e implementar padrões USB em todo o mundo. Você pode esperar que cada geração de USB tenha melhores taxas de transferência de dados em distâncias maiores, mas é o oposto. Quanto mais longo for o cabo USB, maior será a probabilidade de degradação do sinal.
O USB Implementers Forum (USB-IF) definiu comprimentos máximos de cabo para diferentes padrões USB:
Tipo USB
Metros
Pés
USB 1.0/1.1
5
16
USB 2.0
5
16
USB 3.0
3
9
USB 3.1 geração 1
3
9
USB 3.1 geração 2
3
9
USB 3.2 geração 1×1
3
9
USB 3.2 geração 2×1
3
9
USB 3.2 geração 2×2
3
9
USB4
0,8
2.6
Em geral, à medida que o USB evoluiu para taxas de dados máximas mais rápidas, desde a baixa velocidade (1,5 Mbps) no USB 1.0 até os rápidos 80/120 Gbps do USB4 hoje, o comprimento máximo do cabo diminuiu. Isso está principalmente relacionado à manutenção da integridade do sinal em velocidades cada vez mais altas. Você também terá que considerar qual tipo de cabo USB usar.
Fatores que limitam o comprimento do cabo USB
Vários fatores técnicos restringem o comprimento de um cabo USB:
- Degradação do sinal: Todos os cabos atuam como filtros passa-baixa, atenuando os componentes do sinal de frequência mais alta. Nas velocidades USB 3.x, os sinais contêm componentes de alta frequência de até vários GHz, que são atenuados com a distância. Essa distorção se manifesta como interferência, erros de dados e taxas máximas de dados mais baixas.
- Interferência de Sinal: Cabos mais longos são mais suscetíveis a interferência eletromagnética, agindo como antenas que captam ruído de componentes próximos. Isso corrompe e distorce o sinal USB. A blindagem adequada pode ajudar a mitigar esse problema.
- Fornecimento de energia: Cabos USB finos têm uma certa resistência por unidade de comprimento. Em longas distâncias, a resistência do cabo causa uma queda de tensão mensurável devido ao alto fornecimento de energia possível pelos cabos USB-C. Isso afeta o fluxo constante de energia para os dispositivos conectados.
- Tempo: Atrasos de propagação em cabos significam que o tempo dos sinais USB pode oscilar e tremer em comparação com sua fonte. Isso distorce os padrões oculares de sinal e a recuperação do relógio, podendo causar erros de dados ou falha no handshake do dispositivo.
Dados os fatores acima, o USB-IF estabeleceu-se em três a cinco metros para os padrões de velocidade mais lentos, enquanto os sinais SuperSpeed mais rápidos destinam-se apenas a cabos de um metro para garantir o desempenho.
Usando cabos USB mais longos
Embora as especificações USB forneçam comprimentos máximos recomendados, cabos USB mais longos ainda podem ser usados e há várias maneiras de estender o comprimento de um cabo USB (ou a distância que o sinal ou os dados devem percorrer com vários cabos).
Por exemplo, dispositivos de baixa velocidade (USB 1.x) podem funcionar normalmente em cabos mais longos devido à lenta taxa de sinal de 1,5 Mbps. Não é um dado adquirido e está relacionado à qualidade do cabo e outros fatores, mas pode acontecer. Então, você tem cabos ativos com repetidores integrados que podem regenerar e restaurar o sinal USB para comprimentos de até 15 a 20 metros. Há mais informações sobre cabos USB ativos abaixo, mas você também pode querer considerar a velocidade de um USB-C.
Se um único cabo USB não chegar onde você precisa e você não tiver a opção de usar um cabo USB ativo, poderá usar um extensor USB. Os extensores USB dividem a conexão em dois segmentos de cabo com um amplificador entre eles para aumentar e recondicionar o sinal. Isso pode permitir percursos de 10 metros ou mais, dependendo da qualidade do produto, mas você pode precisar de vários extensores ou relés para cobrir distâncias maiores. Você também pode usar hubs USB como repetidores de ponto médio para conexões multissegmentadas. O hub regenera o sinal, permitindo extensões totais de cabos mais longas.
No entanto, existem outras considerações quando se trata de usar cabos USB mais longos.
Um cabo USB “premium” com correspondência de impedância adequada, blindagem e condutores de alimentação mais grossos manterá melhor a integridade do sinal em distâncias mais longas. Alternativamente, os cabos USB de fibra óptica usam luz para transmitir dados em vez de sinais elétricos. Isso elimina os limites de comprimento, mas requer adaptadores para conexão aos dispositivos, que custam mais.
Você deve usar um cabo USB ativo?
Os cabos USB ativos são uma opção para estender as conexões USB além do comprimento padrão do cabo. Um cabo USB ativo custará mais do que um cabo normal (passivo) porque vem com componentes extras para ajudar a aumentar e manter o sinal.
Normalmente, um cabo USB ativo contém um repetidor de sinal que permite que o sinal viaje mais longe sem se degradar. No entanto, um cabo USB ativo requer uma fonte de alimentação. Normalmente, isso é obtido do dispositivo host (como o seu computador), mas também pode vir de uma tomada elétrica com um adaptador USB ou similar.
Os cabos USB ativos são usados com mais frequência com especificações USB mais recentes, como USB 3.x, para garantir a máxima transferência de dados em distâncias maiores. Com isso, um cabo USB ativo de boa qualidade pode transmitir dados de maneira confiável por até 20 metros.
Problemas potenciais com cabos USB longos
Embora o USB seja certamente flexível, cada cabo tem vantagens em termos de desempenho. Compreender os efeitos do comprimento do cabo ajuda a explicar problemas e a fazer escolhas informadas ao comprar e conectar dispositivos USB.
Usar um cabo USB mais longo costuma ser uma opção viável, mas você pode encontrar alguns problemas.
Problemas de taxa de dados e desempenho são os problemas mais comuns associados a cabos USB longos. Por exemplo, um cabo USB 3.2 Gen 2×2 de três metros pode suportar apenas 10 Gbps de forma confiável, embora seja quase certo que você terá problemas de taxa de transferência de dados com um cabo USB4 com mais de um metro (e não, USB4 e USB-C não são não é a mesma coisa!).
Dependendo do comprimento do cabo USB e da especificação USB, você pode descobrir que certos dispositivos e serviços não funcionam como deveriam, enquanto a sobrecarga de largura de banda causada pela correção de erros também pode impedir o desempenho.
Há também a questão do fornecimento de energia via USB. Simplificando, alguns dispositivos não funcionarão se o cabo USB for muito longo e não consumir a energia necessária do dispositivo host.
Use o cabo USB de comprimento correto para o trabalho
Depois de saber o comprimento máximo de um cabo USB, você poderá planejar melhor seus arranjos de hardware sem comprar relés, cabos USB ativos, hubs USB ou outros. Ainda assim, há momentos em que o uso de um cabo USB longo é inevitável, mas pelo menos você saberá até onde pode empurrá-lo sem sofrer perda de sinal ou dados.