Насколько длинными могут быть
кабели HDMI, USB, Ethernet

Длинные кабели нужны в различных ситуациях: установка домашнего кинотеатра, аудиосистемы, подключение удаленного принтера и др. Чаще всего возникает необходимость в использовании длинных кабелей HDMI, USB, Ethernet. Но есть ли какие-то ограничения по их максимальной длине? Об этом и пойдет речь в статье.

Содержание

• HDMI;

• Ethernet;

• USB.

HDMI

Официальные спецификации HDMI не содержат никаких ограничений относительно максимальной длины кабеля. Однако, кабели HDMI, как и все остальные проводники, подчиняются законам физики и не могут быть бесконечно длинными. Любой сигнал, проходящий через кабель, сталкивается с сопротивлением, вследствие чего постепенно затухает. И чем выше уровень сопротивления, тем быстрее это происходит. Таким образом, уровень сопротивления зависит от длины проводника, а также от материала, из которого он изготовлен.

Производители изготавливают кабели с учетом этих факторов и не делают их длиннее того порога, за которым качество передачи сигнала становится неприемлемым (во всяком случае те, кто заботится о своем авторитете на рынке).

Максимальная длина кабеля зависит также от стандарта HDMI, требованиям которого он должен отвечать. Чем выше требования, тем сложнее обеспечить соответствие им кабеля.

Как правило, максимальная длина пассивного кабеля не превышает:

• UHS HDMI (HDMI 2.1a) – 5 м;

• HDMI 2.0 – 7,5 м;

• HDMI 1.0–1.4. – 15 м.

Все, что длиннее, с высокой долей вероятности станет источником проблем. И если все-таки сигнал нужно передать на еще более длинное расстояние, придется покупать усилитель сигнала HDMI (репитер), или же смотреть в сторону активных / оптических кабелей HDMI. В зависимости от стандарта HDMI, расстояние передачи в этом случае может составлять 40-50 метров и даже больше.

Активный кабель HDMI – это кабель со встроенным усилителем. Кроме проводников и коннекторов, он включает специальные микросхемы для усиления сигнала и требует подключения дополнительного источника питания. Собственно, за счет этого и достигается беспроблемная передача сигнала на большие расстояния.

Оптический кабель HDMI (он тоже может быть с дополнительным питанием) вместо традиционных электрических проводников использует оптоволокно, а сигнал по ним передается в виде света. Поскольку световой сигнал значительно меньше подвержен деградации, чем проходящий по металлическим проводникам электрический, такой кабель может быть заметно длиннее.

Но какой бы вариант вы не выбрали, всегда лучше отдавать предпочтение кабелям авторитетных брендов и обязательно проверять наличие у них официальной сертификации. Это будет гарантией того, что кабель полностью поддерживает функции, предусмотренные для конкретного стандарта (поколения) HDMI.

Ethernet

Как и в случае с HDMI, сигнал, движущийся по кабелю Ethernet, постепенно деградирует вследствие наличия сопротивления у проводников. Поэтому кабели Ethernet также имеют максимальный предел длины. С увеличением длины снижается скорость передачи данных. Если кабель будет слишком длинный, соединение пропадет вообще.

Но поскольку сопротивление обратно пропорционально толщине проводника, значение имеет не только длина кабеля, но и его качество (толщина проводников и степень экранирования от помех). Чем качественнее кабель, тем длиннее он может быть.

Кабели Ethernet, продающиеся в магазинах, в зависимости от того, на какую скорость передачи они рассчитаны, делятся на несколько категорий:

• категория 5 – это самый дешевый кабель, который при длине 100 метров обеспечивает скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

• категория 5e – более качественный кабель, обеспечивающий при длине 100 метров скорость до 1000 Мбит/с;

• категория 6 – еще более качественный кабель, обеспечивающий при длине 100 м. скорость передачи данных не менее 1 Гбит/с, а также не менее 10 Гбит/с при длине 50 метров.

Есть и другие категории Ethernet-кабелей (7a, 8), но они весьма дорогие и с ними приходится иметь дело только людям определенных профессий (работники дата-центров и т.д.). Все потому, что кабель категории 7a обеспечивает скорость до 40 Гбит/с при длине 50 метров и до 10 Гбит/с при длине 100 метров. Кабель категории 8 предназначен для еще более высоких скоростей. В большинстве обычных сценариев такие скорости просто не нужны.

Таким образом, зная длину, на которую необходимо передавать данные по кабелю Ethernet, а также скорость, с которой это нужно делать, достаточно купить кабель соответствующей категории.

Если необходимо обеспечить расстояние больше 100 метров, в определенном месте такой сети можно вставить сетевой коммутатор (или несколько при необходимости). Коммутаторы регенерируют (усиливают) сигнал, за счет чего позволяют передавать его на большие расстояния без потери скорости соединения.

USB

Как и предыдущие два типа кабелей, USB-кабели не могут быть бесконечно длинными.

Напомню, что передача данных по кабелю USB происходит последовательно, то есть, мелкими "порциями" (так называемыми "пакетами"). Отправив одну "порцию", устройство-отправитель дожидается от устройства-получателя подтверждения о получении, после чего отправляет следующую. Однако, отправитель может ждать подтверждения о получении только определенное время (несколько наносекунд). После этого отправленный пакет считается потерянным и отправляется повторно. Если пакеты постоянно "теряются", устройство-отправитель автоматически снижает частоту их отправки (скорость передачи данных) до более низкого стандарта, или вообще прекращает передачу, если пакеты не доходят даже на самой низкой скорости.

Таким образом, время прохождения сигнала через проводник USB является критическим моментом. И длина кабеля в этом вопросе – один из самых важных факторов. Если кабель слишком длинный, обеспечить передачу через него данных на нужной скорости будет невозможно.

Еще одним фактором, влияющим на максимальную длину USB-кабеля, является потеря силы сигнала (затухание). Об этом уже говорилось выше. Когда сигнал данных проходит по кабелю, он сталкивается с сопротивлением, и в результате теряет часть своей силы. Чем дальше передаются данные, тем больше ухудшается сигнал. После определенного момента уровень сигнала становится таким низким, что устройство-приемник не может его "понять".

Максимально возможная длина кабеля зависит от поколения USB. Однако официально ограничения по длине были установлены только в спецификациях первых двух поколений USB, а именно:

• USB 1.0 (скорость передачи данных до 12 Мбит/с) – 3 метра;

• USB 2.0 (до 480 Мбит/с) – 5 метров.

В спецификациях более новых поколений USB никаких ограничений нет. Все сводится к тому, что какой бы ни был по длине кабель, производители обязаны обеспечить его соответствие требованиям определенного стандарта (поколения) USB. На практике, максимальная длина кабелей может составлять:

• USB 3.2 Gen 1 (также известен как USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, скорость до 5 Гбит/с) –3 метра;

• USB 3.2 Gen 2 (или USB 3.1, USB 3.1 Gen 2, скорость до 10 Гбит/с) – 1 метр;

• USB 4 (до 40 Гбит/с) - до 0,8 метра.

Все упомянутые выше ограничения касаются только обычных пассивных USB-кабелей. Но существуют также активные и оптические (оптоволоконные) USB-кабели, которые могут быть заметно длиннее пассивных.

Напомню, что активные кабели – это те, что используют дополнительные электронные схемы для усиления сигнала передачи данных, что препятствует его затуханию и помогает достичь несколько большей длины передачи (хотя проблема больших задержек между пакетами остается). Некоторые активные кабели могут работать от питания, обеспечиваемого USB-портом, другим может потребоваться внешний источник питания.

Активные кабели USB могут достигать в длину:

• USB 2.0 - 20 метров;

• USB 3.2 Gen 1 - 7,5 м;

• USB 3.2 Gen 2 - 3 м.

Оптоволоконные USB-кабели для больших расстояний являются заметно лучшим вариантом (хотя и более дорогим). В отличие от обычных кабелей, в них для передачи данных используется свет. Он значительно быстрее электрических сигналов и менее подвержен затуханию.

Помимо активного и оптического кабелей, можно использовать также USB-концентраторы с автономным питанием, удлинители USB через Ethernet или USB-удлинители через оптоволокно.

На изображении выше удлинитель USB через Ethernet. Он состоит из двух частей: одна с USB-портом "папа", а другая - с USB-портом "мама". Они соединяются между собой обычным Ethernet-кабелем, который, как уже упоминалось выше, может быть до 100 м в длину. Первая часть подключается к передающему устройству. Она преобразовывает USB-сигнал в Ethernet. Вторая часть получает этот сигнал и преобразовывает его обратно из Ethernet в USB.

Высокой скоростью такое решение не отличается (обычно на уровне USB 2.0). Зато оно дешевое и обеспечивает передачу на большое расстояние. Обычный USB-шнур такой же длины обойдется заметно дороже.