Un cavo USB speciale per collegamenti lunghi.

Lo standard USB "Universal Serial Bus", consente il collegamento fra di loro di apparecchi o periferiche dalle funzioni più disparate. Il tutto con velocità di comunicazione considerevoli e con la possibilità di effettuare le connessioni a "caldo".
Per consentire le velocità previste dai vari standard, il sistema prevede l'uso di due forme d'onda in opposizione di fase su due conduttori, gli altri due fili, per un totale di quattro, sono il comune e una sorgente di alimentazione per le periferiche collegate. Immagine ricavata da WikipediA.

Il problema da risolvere.
Collegare due apparecchi con un cavo USB troppo lungo, oltre la massima lunghezza ammissibile, ma i due apparecchi non sono avvicinabili.
Un'esempio può essere il collegamento di alcune stampanti ad un server ma queste sono distanti 5-6 metri dal server stesso. In questi casi si dovrebbe optare per un collegamento alla rete, con aggravio dei costi e maggiori complicazioni.

Cosa limita la lunghezza dei collegamenti USB.
La lunghezza dei collegamenti USB é limitata dalla capacità e dall'induttanza parassita del cavo stesso.
Il circuito equivalente di un conduttore é simile allo schema seguente, XC é la reattanza capacitiva, XL é la reattanza induttiva. La capacità del cavo si trasforma in reattanza capacitiva (XC), la reattanza capacitiva é una resistenza in parallelo al segnale, praticamente un carico verso massa sul segnale. Più é lungo il cavo e più il carico aumenta, più il carico aumenta e più aumenta la corrente richiesta.

L'indutanza del cavo si trasforma in reattanza induttiva (XL), la reattanza induttiva é una resistenza in serie al segnale. Più é lungo il cavo e più la resistenza aumenta, più la resistenza aumenta e più viene attenuato il segnale.

Il risultato finale é che oltre una certa lunghezza del cavo, il segnale risulta troppo debole e non consente più la comunicazione sicura fra i due apparecchi ad esso collegati.

1) La soluzione meno efficace.
Questa soluzione é adatta per i collegamenti di lunghezza uguale o poco superiore (20-30%) della massima ammissibile, dipende molto dal cavo schermato scelto.
Si tratta di realizzare il collegamento utilizzando due cavi schermati e un cavo unipolare come raffigurato nello schema seguente: I due cavi schermati devono essere scelti con un valore di capacità parassita (pF/m) più bassa possibile, per il cavo unipolare và bene un qualsiasi cavo per impianti elettrici con sezione minima di 0,5 mm².
In alcuni casi pratici, per i cavi schermati é stato usato il tipo RG58 con ottimi risultati.

2) La soluzione più efficace.
Questa é la soluzione che consente la maggior lunghezza, sfrutta i principi della linea di trasmissione, utilizzata molti anni fà per collegare la stazione trasmittente all'antenna con le minori perdite possibili (era chiamata scaletta per via della sua somiglianza).
In questo caso consta di 4 cavi unipolari equidistanti incollati su un supporto isolante. Il supporto isolante é semplicemente realizzato con nastro da pacchi in poliestere.
La disposizione dei cavi é visibile nello schema seguente:
Per ridurre al minimo la capacità parassita é necessario adottare un'interasse fra i cavi di circa 5 mm.
La sezione maggiorata (almeno 0,5 mm²) mantiene al minimo l'induttanza parassita e le cadute di tensione (da ciascuna presa USB può essere prelevata una corrente massima di 0.5 A).

La costruzione é abbastanza semplice e i materiali da usare sono di uso comune, le immagini seguenti riguardano un cavo USB realizzato per una stampante.
Caratteristiche: Interasse circa 8 mm, sezione 1 mm², lunghezza 6.5 m. Si tratta di incollare quattro cavi su un nastro da pacchi, cercando di mantenerli ad una distanza ragionevolmente costante, poi coprire il tutto con lo stesso nastro e rifilare gli eccessi.

Gli ultimi chiarimenti.
Per gli spinotti possono essere usati quelli di un cavo commerciale, tagliando il cavo originale a circa 10 cm di distanza dallo spinotto in modo da poter fare i collegamenti con quello speciale. La lunghezza del cavo originale che rimane attaccato allo spinotto deve essere ridotta, é sempre un cavo di bassa qualità.

Aumentare la distanza fra i cavi (versione 2 con 4 cavi normali) non risolve molto, con 5-8 mm di interasse la capacità parassita é già molto piccola rispetto ad un cavo schermato.

Tutti e due i cavi sono stati realizzati per applicazioni reali tutt'ora funzionanti.
La prima versione per lunghezze di circa 5-5.5 m.
La seconda versione per lunghezze di oltre 6-7 m.
In tutte le due versioni, il limite dichiarato dal produttore della stampante era di 4 m ed effettivamente a 5 m non funzionava più o dava dei problemi saltuari.

La prima versione può essere usata anche in ambito industriale, la seconda non é consigliabile.
Anche le emissioni elettromagnetiche, nella prima versione sono limitate (minori dei cavi originali) la seconda non é schermata e quindi irradia.

La seconda versione ha delle limitazioni per quanto riguarda la posa, i tratti in canalina a fianco di altri cavi devono essere limitati il più possibile, meglio se evitati mantenendo una certa distanza fra gli altri cavi.

Attenzione ai campi magnetici, far passare il cavo in piattina (versione 2) vicino ai trasformatori non é consigliabile.

[ Claredot ]