Hinzufügen von 90-Ohm-Widerständen zu DIY-USB-Kabel?

Ich habe erst vor ein paar Monaten mit Elektrik angefangen, aber jetzt bin ich besessen, muss aber noch VIEL lernen. Was ich tue, ist im Wesentlichen Versuch und Irrtum.

Ich brauchte ein längeres USB-Kabel zu einem Drucker, also nahm ich ein USB-Kabel, das ich hatte, schnitt es nahe an jedem Ende ab und nahm dann die dicksten 4 Kabel, die ich finden konnte, und verband sie mit den USB-Anschlüssen/Enden. Meine Idee war einfach je dicker desto besser, je geringerer Widerstand desto besser. Aber es hat nicht funktioniert! Der Computer hat den Drucker nicht erkannt.

Ich habe noch etwas über USB gelesen und dann etwas über die Notwendigkeit einer Impedanz von 90 Ohm gesehen (behindert ... was?). Lesen Sie mehr und erfahren Sie, dass die Impedanz so etwas wie der Wechselstromwiderstand ist. Danach habe ich einen 10-Ohm-Widerstand an D + und einen 20-Ohm-Widerstand an D- angeschlossen (ich weiß nicht 90 Ohm, aber das ist alles, was ich hatte). Dann habe ich das Kabel erneut getestet und es hat auf wundersame Weise funktioniert! Ich war ziemlich verwirrt, dass ein niedriger Widerstand in einem Kabel nicht immer besser ist.

Design

Meine Frage ist, ob mein Denken richtig ist, wenn ich denke, dass beim Messen eines DIY-USB-Kabels mit einem Multimeter der Widerstand (eine Art Impedanz) so nahe wie möglich bei 90 Ohm liegen sollte?

Einige zusätzliche Informationen wurden nach Nachfrage hinzugefügt

  • Die Kabellänge beträgt etwa 2,5 Meter (was weniger als maximal 5 Meter ist).
  • Ich habe vor und nach dem Hinzufügen der Widerstände mit einem Multimeter gemessen und + mit + verbunden, - mit -, D + mit D +, D- mit D-, also denke ich, dass die "Verdrahtung" richtig ist / war. Es ist nicht ganz unwahrscheinlich, dass sich die Verbindung zwar gelockert hat und etwas herausgefallen ist, aber nicht, dass ich es gemerkt hätte.
  • Mein Verlängerungskabel funktioniert fast immer, außer dass manchmal beim Starten des Druckers eine USB-Netzwerkkarte, die an denselben Computer (wie der Drucker) angeschlossen ist, nicht mehr funktioniert / getrennt wird, sodass ich die USB-Netzwerkkarte entfernen und dann wieder einsetzen muss und es funktioniert wieder (also keine bleibenden Schäden ;) ). Und manchmal (nach langer Inaktivität) verliert mein Computer die Verbindung zum Drucker (zumindest druckt er nicht auf Befehl) und das wird behoben, indem der Drucker aus- und wieder eingeschaltet wird.
Nein. Es ist oberflächlich. Suchen Sie nach Impedanzanpassung. Kabel haben einen Widerstand von null oder einigen mOhm
Was diese Frage wirklich braucht, ist eine Antwort über die Kabelimpedanz und Übertragungsleitungseffekte ...
@Umar: Ich verstehe nicht. Ich füge die Widerstände hinzu und dann ist es plötzlich nicht mehr aus den Gründen, die ich denke (das heißt, die Impedanz nähert sich 90 Ohm)?
@brhans SE-Antworten sind nicht als Bücher gedacht.
@brhans: Das klingt kompliziert (für mich). Ich habe ein bisschen darüber gelesen, aber was ich gefunden habe, ist derzeit über meinem Niveau.
Obwohl sie definitiv nicht der Spezifikation entsprechen, können Reihenwiderstände dazu beitragen, Reflexionen zu absorbieren, die aus einer Impedanzfehlanpassung resultieren, so dass es nicht völlig unvorstellbar ist, dass sie ein nicht funktionierendes Setup in ein kaum funktionierendes verwandelt haben. Es ist jedoch auch möglich, dass Sie einen Verdrahtungsfehler hatten, der zufälligerweise gleichzeitig mit dem Hinzufügen der Widerstände korrigiert wurde. USB ist kein Langstreckenstandard – wenn Sie die unwiederholbaren Grenzen überschreiten wollen, kaufen Sie ein langes Kabel oder bauen Sie eines aus einem Kabel zusammen, das für diesen Zweck vorgesehen ist, und versuchen Sie, Spleiße oder Verbindungen zu vermeiden, die nicht kurz vor dem Ende stehen.
@ChrisStratton: Danke! "was übrigens gleichzeitig mit dem Hinzufügen der Widerstände korrigiert wurde", das ist nicht ganz undenkbar. "Kabel für diesen Zweck vorgesehen, und versuchen Sie, Spleiße zu vermeiden", sehe ich. Ich denke, wenn ich weiterkommen will, muss ich Dinge wie Signalreflexionen verstehen und messen und etwas über Kabeleigenschaften lernen, was wahrscheinlich etwas mehr Zeit und vielleicht auch Ausrüstung erfordert. Oder begnügen Sie sich einfach mit diesem "kaum funktionierenden".
Möglicherweise hätten Sie es sogar zum Laufen bringen können, indem Sie einfach die Datenleitungen zusammengedreht haben (eine Drehung alle paar Zentimeter). Und möglicherweise durch Verwendung dünnerer Drähte für die Datenleitungen, wenn Sie wirklich dicke Drähte verwendet haben. Sie können Spleiße haben, aber keine "Stummel" (wie die naive Art, die beiden zu verbindenden blanken Enden zu verdrehen). Verbindungen müssen eine gerade Linie sein. Ich habe USB zuvor erfolgreich über Nicht-USB-Kabel ausgeführt, aber nur über kurze Entfernungen.
@pjc50: Danke! Aber ich verstehe nicht warum und ob das funktionieren würde. Nachdem ich en.wikipedia.org/wiki/Twisted_pair gelesen habe, sehe ich, dass Twisted Pair verwendet wird, um die Empfindlichkeit gegenüber EMI zu minimieren (und auch um die vom Paar erzeugte/emittierte EMI zu reduzieren). Ich denke, das würde mein Kabel NUR dann besser machen, wenn ich ein habe Problem wegen EMI (was ich haben kann oder nicht). Warum ein dünneres Kabel mein Problem lösen könnte, weiß ich nicht (wegen erhöhtem Widerstand eines dünneren Kabels und damit erhöhter Impedanz??)
Dünneres Litzenkabel ist besser für den "Hauteffekt", obwohl ich mir nicht sicher bin, ob das hier das Wichtigste ist.

Antworten (3)

USB-Kabel sind nicht einfach "4 Drähte". Sie haben bestimmte Eigenschaften, die erfüllt sein müssen, damit die Datensignale durch das Kabel wandern können. Ihre dicken Drähte haben nicht die richtigen Eigenschaften, was dazu führt, dass die Datensignale nicht richtig übertragen werden, stattdessen werden sie unterdrückt und reflektiert, was dazu führt, dass die USB-Verbindung fehlschlägt.

Danke schön. Das ist/war wohl mein grundlegendes Missverständnis. Die meisten Verkabelungen, die ich gemacht habe, sind mit Überbrückungsdrähten auf einem Arduino, und dann musste ich nicht über verschiedene Kabeleigenschaften nachdenken, und ich habe auch noch nie gelesen, dass jemand über Eigenschaften von Überbrückungskabeln in (einfachen) Arduino-Projekten gesprochen hat. Ich meine, wenn Sie ein Steckbrett verwenden, gibt es überall Spleiße. Ich gehe davon aus, dass die Kabeleigenschaften manchmal fast völlig irrelevant sind, aber manchmal sehr relevant sind (z. B. USB-Kabel ...), je nachdem, wofür das Kabel verwendet wird.
Genau, USB funktioniert bei Signalfrequenzen, bei denen die Kabeleigenschaften eine Rolle spielen. Die Signale von/zu einem Arduino haben eine deutlich niedrigere Frequenz und kleinere Entfernungen, sodass die Kabeleigenschaften viel weniger von Bedeutung sind.

Möglicherweise finden Sie diese vorherige Frage hilfreich - Frage zur benutzerdefinierten USB-Impedanz .

Ihr Problem besteht im Wesentlichen darin, dass Impedanz kein Widerstand ist (im allgemeinsten Sinne). Der Widerstand ist vielmehr eine Impedanz bei Gleichstrom und etwas höheren Frequenzen. Da USB2 Daten mit 480 Mbit/s (Spitze) sendet, müssen Sie Fragen der Induktivität und Kapazität bei GHz-Frequenzen berücksichtigen. Darüber hinaus müssen diese Probleme über die gesamte Kabellänge gelten, sodass sie zu Fragen der Geometrie und des Abstands werden, anstatt nur ein paar Komponenten hinzuzufügen.

Danke! Über Kapazität und Induktivität der Verkabelung habe ich mir überhaupt keine Gedanken gemacht.

Für Ihr USB-Kabel benötigen Sie eine differentielle Impedanz von 90 Ohm zwischen den Leitungen und eine Impedanz von 45 Ohm an einem Ende der Leitung.

Ich denke, es ist ein schwieriges Projekt für einen Anfänger, ein einfacheres Projekt könnte sein, eine USB-Spur auf einer Leiterplatte zu implementieren, aber das ist immer noch ziemlich schwierig und nicht trivial.

Für PCB können Sie das Saturn PCB Toolkit verwenden, mit dem Sie die Differenzimpedanz berechnen können.

Danke. Mhm. Das 90-Ohm-Ding liegt also ZWISCHEN Kabeln (mit anderen Worten: Die Kabel SOLLTEN sich gegenseitig beeinflussen und nicht vollständig voneinander isoliert sein). Wenn also die Impedanz an einem korrekten USB-Kabel gemessen wird, sollte die Impedanz an einem einzelnen Kabel (isoliert) (übrigens nur D +, D- oder auch die Stromleitungen?) Idealerweise 45 Ohm betragen? Und hier nur raten, ZWISCHEN den Kabeln sollte wie bei einem Koaxialkabel sein, das heißt, ich kann nicht einfach einen 90-Ohm-Widerstand zwischen den Kabeln hinzufügen. Aber ... ich könnte es spaßeshalber mit einem 90-Ohm-Widerstand versuchen, der D + und D- mit dem Kabel verbindet, und sehen, was passiert und ob es besser funktionieren würde.
Die differentielle Impedanz wird durch die Kabelgeometrie, Breite, Abstand zwischen den Kabeln, die Leiterwahl, das Dielektrikum zwischen den 2 Kabeln bestimmt. Es wird durch Hochfrequenz verursacht und erfordert viel mehr als nur grundlegende Elektronikkenntnisse.
Es ist ein komplexes Problem, das eine Simulation mit Software wie FEMM oder Matlab erfordert. Außerdem benötigen Sie gute Kenntnisse über Hochfrequenzdesign.
Aha "Differenzimpedanz". Ich verstehe. Zumindest habe ich jetzt ein besseres Verständnis dafür, wie man es NICHT macht und warum es nicht perfekt funktioniert.
Impedanz ist kein Widerstand, Impedanz bezieht sich auf die VI-Beziehung in einem dynamischen System (Frequenz). Widerstand ist die VI-Beziehung in einem statischen System (DC).
Ja ich sehe. Aber wenn man nur einen Widerstand hat, ist die Impedanz dasselbe wie der Widerstand (aber mit Kapazität und Induktivität ist es anders und (für mich) komplexer / komplizierter), soweit ich verstehe. (Und dann gibt es dieses Signalreflexionsproblem auch bei AC oder so ähnlich).
Ja, in diesem speziellen Fall, aber die Impedanz dient hauptsächlich dazu, dynamische Systeme in linearen Gleichungen zu beschreiben. Schauen Sie sich die VI-Beziehung einer Kappe oder einer Induktivität an, es ist ein dynamisches System. Die Impedanz ist also ein mathematisches Werkzeug, um ein dynamisches System in einem linearen System darzustellen.
Signalreflexion tritt bei hoher Frequenz auf. Es ist mehr mit Wellenübertragung und Elektromagnetismus verbunden als mit Elektronik.
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