Самодельный удлинитель USB из витой пары для WEB камеры или 3G модема

Как сделать удлинитель USB я понял, когда экспериментируя, сам удлинил USB шнур обычной web камеры на 18 метров для простого видеонаблюдения, (подробнее). То есть, я удлинил обычную web камеру на расстояние 18 метров от ноутбука! Это отличный результат, так как вначале мне вообще не удавалось удлинить юсб вебку и на метр. Через этот же самодельный USB удлинитель я впоследствии удлинял 3G модем и другие юсб устройства– все отлично работает.

Самодельный шнур удлинитель USB на 18 метров, который бесперебойно работал, был изготовлен мной за пятнадцать минут и обошелся в копейки. В то же  время, в продаже, двухметровый качественный высокоскоростной USB 2.0 шнур с ферритовыми фильтрами стоит около 15 долларов. При этом, еще  не известно, будет ли он нормально работать со всеми юсб устройствами. Мне неоднократно доводилось видеть метровые USB шнуры – удлинители, через которые нормально работали только мышки и клавиатуры. Даже флешки ни в какую не хотели через них определятся. По этому, я и начал думать, как самому сделать рабочий юсб удлинитель для web камеры, 3G модема и других, удаленных USB устройств.

Из чего сделать удлинитель USB

Из чего сделать удлинитель USB — по началу, я пытался делать USB удлинитель из двойного экранированного микрофонного провода различных марок. Пускал D+ и D-  сигналы USB по центральным жилам кабеля, а питание 5 вольт «+» и  «-» по экранирующим оплеткам. Перебирал и другие варианты удлинителя юсб по экранированным проводам. Но ничего из этого не выходило. На таком удлинителе USB устройства  не определялись даже на метровой длине шнура. Казалось бы – хороший экранированный провод, каналы D+ и D- разнесены и имеют отдельные экраны, что еще нужно то? Но на нем USB устройства не работали! Безрезультатные эксперименты с USB и экранированными проводами продолжались до момента, пока я не понял, что по линиям D+ и D- одновременно передается дифференциальный сигнал. А значит, для удлинителя USB нужно использовать симметричную линию — витую пару!

Сигнал USB на физическом уровне

Сигнал USB на физическом уровне — это дифференциальный сигнал. Два сигнала, идущих по  D+ и D- паре проводов одновременно в противофазе (инвертировано). Без участия общего провода. Пример дифференциального сигнала – выход сигнала с обмотки трансформатора. Амплитудой такого сигнала является не амплитуда относительно общего провода, а амплитуда относительно этих дух проводников. Соответственно, приёмник дифф сигнала регистрирует амплитуду между этими двумя инвертированными сигналами, а не амплитуду между сигнальным проводом и минусом источника питания.

USB шина — это симметричная линия связи.  Качественный способ передачи высокочастотных сигналов без потерь, и синфазных помех, осуществляемый по паре проводов без участия общего провода. Метод обладает повышенной помехоустойчивостью из-за того, что помеха действует одинаково на два противофазных проводника одновременно, вычитаясь из полезного сигнала в конечном итоге.

По этому, надежный USB удлинитель нужно делать именно из витой пары. Самый доступный вариант витой пары для USB удлинителя – витая пара для компьютерных сетей, обычный «сетевой» провод.

Самодельный USB удлинитель из витой пары

Самодельный USB удлинитель из витой пары я делал следующим образом: — в наличии у меня был кусок кабеля PRIME CAT5E UTP – 18 метров. Обычная неэкранированная компьютерная витая пара для прокладки в помещении. Самый дешевый сетевой кабель. Для подключения web камеры по USB мне необходим был кусок кабеля длиной 10 метров, но я решил не перерезать имеющийся у меня кусок и подключить его весь – для эксперимента.  Как оказалось – весьма удачно.

USB удлинитель из витой пары я оконцевал разборными USB коннекторами «мама» и «папа», купленными в магазине радиотоваров.

Важный момент! Синюю пару проводов кабеля я пустил на D+ и D-. Почему именно синюю? – Все четыре витые пары жил кабеля имеют разный шаг свивки. Это хорошо заметно, если снять с UTP кабеля общую оболочку сантиметров на 10 – 15. Так вот, USB удлинитель отлично работал, если сигналы D+ и D- пустить по синей или же зеленой паре жил. Если же пустить D+ и D- по оранжевой паре, то USB удлинитель вообще не работал. Коричневая пара работала с перебоями. Вероятно, шаг свивки синей и зеленой пары жил идеально подходит для прохождения высокочастотного сигнала USB (резонанс, импеданс и т.п.).

Три остальные пары жил кабеля я запараллелил и пустил по ним питание – по трем цветным жилам плюс, по трем полосатым – минус.

Самодельный USB удлинитель из витой пары отлично работает – все USB устройства, подключенные к нему, определяются и работают без проблем. USB флешка, USB картридер, USB Wi-Fi адаптер, 3G модем МТС, EasyCap – устройство видео захвата, USB DVB-T приемник – SDR радио, USB веб камера. Это все, что мной было проверено на этом самодельном USB удлинителе.

После серии неудачных экспериментов с коротким экранированным проводом, работоспособность 18 метрового USB удлинителя казалась чем-то не реальным. Впоследствии я делал много USB удлинителей по данной технологии, и все они работали до длины 20 метров. На большую длину мне так и не удалось заставит юсб удлинитель нормально работать. Юсб устройства перестают определятся.

Максимальная длина USB удлинителя

По стандарту, максимальная длина кабелей и удлинителей USB 1.0 не должна превышать пять метров для режима Full-Speed (скорость 12 Мбит/с). Но это общий случай – минимальная спецификация для гарантированной работы любого USB устройства.

На практике же все намного интереснее. Все зависит от конкретного UTP кабеля — шага свивки витой пары, толщины проводников, одножильности или многожильности проводников, материала проводников и изоляции, наличии экрана. Работа USB удлинителя подчинена сложной теории передачи высокочастотных сигналов. То есть, физически, USB кабель не просто шнурок из четырех проводов, а высокочастотная симметричная линия связи.

На максимальную длину USB удлинителя влияет так же и падение питающего напряжения. По этому, питание 5 вольт в USB удлинителе необходимо подавать по запараллеленым трем витым парам для увеличения сечения линии питания.

Мне удавалось делать USB удлинители из витой пары максимум длиной до 20 метров. Более длинные удлинители уже переставали работать – высокочастотный сигнал затухал, либо напряжение питания существенно падало на проводах. Ниже, я приведу все встречавшиеся мне причины не работы USB удлинителя.

Почему не работает удлинитель USB – причины:

1) Провода USB удлинителя не являются витой парой.

Никаких экранированных микрофонных и т.п. проводов для USB удлинителя применять не стоит! Только витая пара! Лучший кабель для USB удлинителя – стандартный кабель «компьютерная витая пара UTP» из одножильных медных проводов (но не из мягких многожильных проводов для пачкорда). Линии D+ и D- ОБЯЗАТЕЛЬНО должны быть витой парой проводов!!! Именно свитой парой проводов!!!

Так же возможно, что и сам кабель витая пара Вам попадется некачественный, с большим затуханием сигнала. В этом случае, если все нижеприведенные варианты не помогут – нужно взять UTP кабель другой марки, производителя и т.п.

2) Для сигналов D+ и D- USB удлинителя задействована не та витая пара проводов.

Кабель «компьютерная витая пара UTP», под своей оболочкой, имеет четыре свитые пары проводов с разным шагом свивки. Это сделано для уменьшения паразитных влияний пар друг на друга в кабеле. Однако, шаг свивки пары так же влияет и на параметры прохождения высокочастотного сигнала по ней. По этому, для линии D+ и D- желательно перепробовать все четыре пары и определить, на какой из них USB устройства работают наиболее стабильно. Мне при изготовлении USB удлинителей, чаще всего везло с синей или зеленой витой парой. Линия D+ и D- на этих витых парах кабеля работала почти всегда отлично. Вероятно, эти проводники пары имеют «нужный» шаг свивки. А вот оранжевая пара проводов чаще всего почему-то отказывала на длинных USB удлинителях (15-20 метров).

3) Большое падение питающего напряжения на удлинителе USB.

Для цепей питания необходимо запараллелить провода USB удлинителя! Питание на USB устройство через USB удлинитель нужно подавать по запараллелиным оставшимся трем витым парам – для увеличения сечения проводов и уменьшения их сопротивления. Если падение питающего напряжения 5 вольт на удлинителе будет существенным, то, USB устройство не сможет нормально работать. Оно не определится компьютером. Это прописная истина Закона Ома!

4) USB удлинитель подключен не к основным USB гнездам ПК.

USB удлинитель нужно подключать в USB гнезда, расположенные сзади корпуса ПК! Есть разница, куда подключать USB удлинитель! Дополнительные USB разъемы ПК, расположенные на корпусе, чаще всего соединены с материнской платой обычными проводами, а не витой парой. По этому, естественно, симметричный сигнал D+ и D- сильно искажается на таких проводах, вносятся помехи.  А вот USB гнезда, расположенные сзади ПК, (смонтированные непосредственно на материнской плате) не внесут искажения в линию D+ и D-.

Как удлинить USB – еще другие варианты

Если паять совсем неохота, но нужно срочно удлинить 3G модем или вебку, то можно прикупить готовый девайс – комплект переходников USB-RJ45.

Я и Диод. © yaidiod.ru.