Стаття востаннє коригувалася 2022.08.02 та могла втратити свою актуальність !!!

Довгі кабелі потрібні в різних ситуаціях: встановлення домашнього кінотеатру, аудіосистеми, підключення віддаленого принтера тощо. Найчастіше виникає необхідність використання довгих кабелів HDMI, USB, Ethernet. Але чи є якісь обмеження щодо їх максимальної довжини? Про це і йтиметься у статті.

Зміст

• HDMI;

• Ethernet;

• USB.

HDMI

Офіційні специфікації HDMI не містять жодних обмежень щодо максимальної довжини кабелю. Однак, кабелі HDMI, як і всі інші провідники, підпорядковуються законам фізики і не можуть бути безмежно довгими. Будь-який сигнал, що проходить через кабель, стикається з опором, внаслідок чого поступово згасає. І що вищий рівень опору, то швидше це відбувається. Таким чином, рівень опору залежить від довжини провідника, а також від матеріалу, з якого він виготовлений.

Виробники виготовляють кабелі з урахуванням цих факторів і не роблять їх довшими за поріг, за яким якість передачі сигналу стає неприйнятною (принаймні ті, хто піклується про свій авторитет на ринку).

Максимальна довжина кабелю залежить також від стандарту HDMI, вимогам якого він має відповідати. Що вимоги вищі, то складніше забезпечити відповідність їм кабелю.

Як правило, максимальна довжина пасивного кабелю не перевищує:

• UHS HDMI (HDMI 2.1a) – 5 м;

• HDMI 2.0 – 7,5 м;

• HDMI 1.0–1.4. – 15 м.

Все, що довше, з високою ймовірністю стане джерелом проблем. І якщо все-таки сигнал потрібно передати на ще довшу відстань, доведеться купувати підсилювач сигналу HDMI (репітер), або ж дивитися у бік активних/оптичних кабелів HDMI. Залежно від стандарту HDMI, відстань передачі у такому разі може становити 40-50 метрів і навіть більше.

Активний кабель HDMI – це кабель із вбудованим підсилювачем. Крім провідників та конекторів, він містить спеціальні мікросхеми для посилення сигналу та потребує підключення додаткового джерела живлення. Власне, за рахунок цього й досягається безпроблемна передача сигналу на великі відстані.

Оптичний кабель HDMI (він також може бути з додатковим живленням) замість традиційних електричних провідників використовує оптоволокно, а сигнал по ньому передається у вигляді світла. Оскільки світловий сигнал значно менше схильний до деградації, ніж електричний, який проходить металевими провідниками, такий кабель може бути помітно довшим.

Але який би варіант ви не обрали, завжди краще віддавати перевагу кабелям авторитетних брендів та обов'язково перевіряти наявність у них офіційної сертифікації. Це гарантує, що кабель повністю підтримує функції, передбачені для конкретного стандарту (покоління) HDMI.

Ethernet

Як і у випадку з HDMI, сигнал, що рухається кабелем Ethernet, поступово деградує внаслідок наявності опору у провідників. Тому кабелі Ethernet також мають максимальну межу довжини. Зі збільшенням довжини знижується швидкість передачі. Якщо кабель буде надто довгим, з'єднання зникне взагалі.

Та оскільки опір обернено пропорційний товщині провідника, значення має не тільки довжина кабелю, але й його якість (товщина провідників і ступінь екранування від перешкод). Чим якісніший кабель, тим довшим він може бути.

Кабелі Ethernet, що продаються в магазинах, залежно від того, на яку швидкість передачі вони розраховані, поділяються на кілька категорій:

• категорія 5 – це найдешевший кабель, який при довжині 100 метрів забезпечує швидкість передачі даних до 100 Мбіт/с;

• категорія 5e – якісніший кабель, що забезпечує при довжині 100 метрів швидкість до 1000 Мбіт/с;

• категорія 6 – ще якісніший кабель, який забезпечує при довжині 100 м швидкість передачі даних не менше 1 Гбіт/с, а також не менше 10 Гбіт/с при довжині 50 метрів.

Існують і інші категорії Ethernet-кабелів (7a, 8), але вони дуже дорогі і з ними доводиться мати справу лише людям певних професій (працівники дата-центрів тощо). Все тому, що кабель категорії 7a забезпечує швидкість до 40 Гбіт/с при довжині 50 метрів і до 10 Гбіт/с при довжині 100 метрів. Кабель категорії 8 призначений для ще більш високих швидкостей. У більшості звичайних сценаріїв такі швидкості просто не потрібні.

Таким чином, знаючи довжину, на яку необхідно передавати дані по кабелю Ethernet, а також швидкість, з якою це потрібно робити, достатньо купити кабель відповідної категорії.

Якщо ж необхідно забезпечити відстань понад 100 метрів, у певному місці такої мережі можна вставити мережний комутатор (або декілька за потреби). Комутатори регенерують (підсилюють) сигнал, за рахунок чого дозволяють передавати його на великі відстані без втрати швидкості з'єднання.

USB

Як і попередні два типи кабелів, USB-кабелі не можуть бути нескінченно довгими.

Нагадаю, що передача даних через кабель USB відбувається послідовно, тобто, дрібними "порціями" (так званими "пакетами"). Відправивши одну "порцію", пристрій-відправник чекає від пристрою-одержувача підтвердження отримання, після чого відправляє наступну. Однак, відправник може чекати підтвердження про отримання лише певний час (кілька наносекунд). Після цього відправлений пакет вважається втраченим та відправляється повторно. Якщо пакети постійно "втрачаються", пристрій-відправник автоматично знижує частоту їх відправки (швидкість передачі даних) до нижчого стандарту, або взагалі припиняє передачу, якщо пакети не доходять навіть на найнижчій швидкості.

Таким чином, час проходження сигналу через USB-провідник є критичним моментом. І довжина кабелю у цьому питанні – один із найважливіших факторів. Якщо кабель надто довгий, забезпечити передачу даних через нього на потрібній швидкості буде неможливо.

Ще одним фактором, який впливає на максимальну довжину кабелю USB, є втрата сили сигналу (згасання). Про це вже йшлося вище. Коли сигнал проходить кабелем, він стикається з опором, і в результаті втрачає частину своєї сили. Чим далі передаються дані, тим більше сигнал погіршується. Після певного моменту рівень сигналу стає таким низьким, що пристрій-приймач не може його "зрозуміти".

Максимально можлива довжина кабелю залежить від покоління USB. Однак офіційно обмеження по довжині були встановлені лише у специфікаціях перших двох поколінь USB, а саме:

• USB 1.0 (швидкість передачі даних до 12 Мбіт/с) – 3 метри;

• USB 2.0 (до 480 Мбіт/с) – 5 метрів.

У специфікаціях новіших поколінь USB ніяких обмежень немає. Все зводиться до того, що незалежно від довжини кабеля, виробник зобов'язаний забезпечити його відповідність вимогам певного стандарту (покоління) USB. На практиці максимальна довжина кабелів може становити:

• USB 3.2 Gen 1 (також відомий як USB 3.0, USB 3.1 Gen 1, швидкість до 5 Гбіт/с) – 3 метри;

• USB 3.2 Gen 2 (або USB 3.1, USB 3.1 Gen 2, швидкість до 10 Гбіт/с) – 1 метр;

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

Всі згадані вище обмеження стосуються лише звичайних пасивних кабелів USB. Але існують також активні та оптичні (оптоволоконні) USB-кабелі, які можуть бути помітно довшими.

Нагадаю, що активні кабелі – це ті, що використовують додаткові електронні схеми для посилення сигналу передачі даних, які перешкоджають його згасанню та допомагають досягти дещо більшої довжини передачі (хоча проблема великих затримок між пакетами залишається). Деякі активні кабелі можуть працювати від живлення, яке надається USB-портом, іншим може знадобитися зовнішнє джерело живлення.

Активні кабелі USB можуть досягати в довжину:

• USB 2.0 - 20 метрів;

• USB 3.2 Gen 1 - 7,5 м;

• USB 3.2 Gen 2 - 3 м.

Оптоволоконні USB-кабелі для великих відстаней є помітно кращим варіантом (хоча й дорожчим). На відміну від звичайних кабелів, для передачі даних в них використовується світло. Воно значно швидше за електричні сигнали і менш схильне до згасання.

Крім активного та оптичного кабелів, можна використовувати також USB-концентратори з автономним живленням, подовжувачі USB через Ethernet або USB-подовжувачі через оптоволокно.

На зображенні вище подовжувач USB через Ethernet. Він складається з двох частин: одна з USB-портом "тато", а інша - з USB-портом "мама". Вони з'єднуються між собою звичайним Ethernet-кабелем, який, як згадувалося вище, може бути до 100 м у довжину. Перша частина підключається до передавального пристрою. Вона перетворює USB-сигнал на Ethernet. Друга частина отримує цей сигнал і перетворює його назад із Ethernet на USB.

Високою швидкістю таке рішення не відрізняється (зазвичай на рівні USB 2.0). Зате воно дешеве та забезпечує передачу на велику відстань. Звичайний USB-шнур такої ж довжини обійдеться помітно дорожче.