Comment allonger un câble USB au delà de 1 à 5 m.?

Bien que l’USB présente de nombreux avantages cette technologie a un inconvénient : la longueur du câble USB est limitée à 1 mètre avec les câbles USB 3.2 et à 5 mètres avec un câble USB 2.0. Et une simple allonge USB ne permet pas d’augmenter cette longueur.
Hors l’Universal Serial Bus (USB) est l’interface la plus populaire pour connecter des équipements à un PC. Selon une estimation de Statista, il y avait en effet 14,5 milliards de périphériques USB dans le monde en 2022.
Cette limite de 1 à 5 mètres est donc problématique.

S’il existe de nombreuses allonges USB, seules celles qui utilisent l’ExtremeUSB d’Icron, sont compatibles avec l’ensemble des périphériques USB 1.1 à 3.2.

Les avantages et l’inconvénient de l’USB

En raison de sa flexibilité et de sa simplicité, l’USB est devenu la norme de facto pour la connectivité des périphériques couvrant de vastes marchés et applications. L’USB est conçu pour permettre de connecter de nombreux périphériques à l’aide d’une seule interface standardisée. Il fournit une interface matérielle série “plug and play” rapide, bidirectionnelle, peu coûteuse, enfichable à chaud, permettant aux utilisateurs d’ordinateurs de connecter différents périphériques à un port USB et de les configurer automatiquement

Sorti en 1996, l’USB 1.0 n’a jamais vraiment fait son chemin en raison de problèmes de synchronisation et de compatibilité associés aux hubs. Fin 1998, l’USB 1.1 a été lancé pour résoudre ces problèmes et l’adoption de l’USB n’a jamais reculé, évoluant aujourd’hui vers l’USB 3.0, 3.1,3.2 et bientôt vers l’USB 4.0 .
Toutes les versions de l’USB sont régies par l’association à but non lucratif USB. Les spécifications USB et tous les documents associés sont téléchargeables sur le site usb.org.

Caractéristiques de l’USB

Bien après avoir remplacé les ports série, les ports parallèles, les ports PS/2 et autres connecteurs existants, l’USB a poursuivi son adoption grâce à des augmentations de sa bande passante, un connecteur commun robuste pour tous les périphériques et par son acceptation universelle. Les concepteurs et fabricants de périphériques informatiques s’appuient sur le fait que presque tous les ordinateurs disposent d’un port USB, ce qui n’est pas le cas des autres connecteurs concurrents. Ces dernières années, l’USB a démontré sa flexibilité et sa résilience en étant adopté pour alimenter des appareils mobiles et sans fil, la connectivité des équipements médicaux et militaires et pour les utilisations dans les usines industrielles.

Les avantages de l’USB

• Type de connecteur unique : l’USB remplace les différents connecteurs existants sur un ordinateur par un connecteur USB standardisé et bien défini. La standardisation élimine le besoin de câbles et de connecteurs différents et simplifie les exigences de conception des périphériques informatiques.
• Remplaçable à chaud : les périphériques USB peuvent être branchés et débranchés en toute sécurité, que l’ordinateur soit éteint ou en fonctionnement
• Plug and Play : le logiciel du système d’exploitation identifie, configure et charge automatiquement le pilote de périphérique approprié lorsqu’un périphérique USB est connecté.
• Hautes performances : l’USB offre des taux de transfert à faible vitesse (1,5 Mbps), à pleine vitesse (12 Mbps) et à haute vitesse (jusqu’à 480 Mbps) qui peuvent prendre en charge une variété de périphériques USB.
  L’USB 3.0 (SuperSpeed USB) offre un débit allant jusqu’à 5,0 Gbit/ s. L’USB 3.1 Gen 2 atteint un débit théorique de 10 Gbit/s. L’USB4 Version 2.0 sera capable d’offrir des débits de 80 Gbit/s, voire 120 Gbit/s dans certains cas
• Extensibilité : jusqu’à 127 périphériques différents peuvent théoriquement être connectés à un seul bus à la fois.
• Alimentation fournie depuis le bus : USB distribue l’alimentation à tous les appareils connectés en éliminant le besoin d’une source d’alimentation externe pour les appareils à faible consommation. Les appareils haute puissance peuvent toujours nécessiter leur propre alimentation électrique locale. L’USB prend également en charge les modes de suspension/reprise d’économie d’énergie.
• Facile à utiliser pour l’utilisateur final : un seul type de connecteur standard pour tous les périphériques USB simplifie la tâche de l’utilisateur final consistant à déterminer quelles fiches vont dans quelles prises. Le système d’exploitation reconnaît automatiquement la connexion du périphérique USB et charge les pilotes de périphérique appropriés.
• Implémentation à faible coût : la majeure partie de la complexité du protocole USB est gérée par l’hôte, ce qui, associé à une connexion à faible coût pour les périphériques, rend la conception simple et économique

L’inconvénient de l’USB

Malgré les nombreux avantages de l’USB, il existe un inconvénient majeur : les limites de distance des câbles et l’impossibilité d’utiliser une simple allonge USB pour aller au delà de cette limite . Les câbles USB 1.1 et 2.0 sont limités à 5 mètres, les câbles USB 3.0 à 3 mètres et les câbles USB 3.1, 3.2 ou 4.0 à 1 mètre.

Hors il existe de nombreuses applications nécessitant que les ordinateurs soient situés à plus de 5 mètres de l’utilisateur ou du périphérique USB.
Si par exemple l’ordinateur est dans un environnement hostile à l’homme, ou si la caméra USB industrielle est dans un endroit caché, un système d’allonge USB devient indispensable.

Il existe certes des options disponibles pour étendre l’USB, mais celles ci ne préservent pas tous les avantages de la solution
Par exemple une allonge USB jusqu’à trente mètres peut être obtenue en connectant en série jusqu’à cinq hubs pour augmenter la distance pour l’USB 1.1/2.0 ( 6 tronçons de 5 mètres). Cependant, cette solution peut nécessiter de l’alimentation sur un hub sur deux, limite le nombre d’appareils ou de hubs supplémentaires pouvant être utilisés du côté distant et, avec plusieurs points de connexion, soulève des inquiétudes en matière de casse ou de déconnexion. Généralement, ce type de solution d’allonge USB n’est pas très pratique ni fiable.
Il existe aussi des allonges USB qui utilise un câble Ethernet RJ45. Mais à moins d’intégrer la technologie transparente d’Icron, l’ExtremeUSB, ces allonges seront compatibles uniquement avec des périphériques standard, comme un clavier ou une souris ordinaire ou une clé USB de stockage.
Les souris et claviers en question sont des USB HID ( HID pour Human Interface Device) et les périphériques de stockage des USB MSC ( Mass Storage device Class), aussi appelé UMS (Universal Mass Storage) . C’est la raison pour laquelle un téléphone Android pourra être reconnu comme un disque dur externe de stockage, mais pas un iPhone.

Heureusement, il existe une autre solution d’allonge USB qui est elle complétement transparente.
Cette allonge USB intègre l’ExtremeUSB, un ensemble de technologies brevetées par Icron, pour étendre les distances de l’USB 1.1 à l’USB 3.2 bien au-delà de quelques mètres.

Présentation de la technologie d’allonge USB transparente ExtremeUSB

ExtremeUSB a été développé et breveté par Icron Technologies (icron.com), pour permettre aux connexions USB natives de s’étendre au-delà des limitations de distance imposées par la norme USB.

ExtremeUSB est un extender qui gère les exigences strictes de synchronisation de la spécification USB pour permettre les connexions USB sur n’importe quel support de transmission physique, y compris le câblage en cuivre à paire torsadée (Cat X), la fibre optique et le sans fil.

En règle générale, un système d’extension USB est composé de 2 boitiers : le premier boitier se connecte à un hôte tel qu’un PC ou un Mac, et le deuxième boitier est connecté à un périphérique USB tel qu’un clavier, une souris, une caméra, un disque dur, ou tout autre périphérique USB. Ces deux points d’extension sont reliés par le support de transmission, ce qui augmente la distance comme le montre la figure ci dessous.

Dans la figure ci dessus le boitier “Local extender” gère les requêtes de l’ordinateur hôte et le “Remote Extender” gère les requêtes des périphériques USB.
Si la distance dépasse les spécifications, le temps supplémentaire requis pour transmettre les paquets perturbe le flux de données attendu, entraînant des problèmes de performances USB tels qu’une latence ou une non ­reconnaissance. ExtremeUSB gère donc les délais d’exécution attendus dans le protocole USB entre les points locaux et distants pour maintenir les exigences de transmission et d’accusé de réception de manière transparente et sans driver, adaptée à tout type de support de transmission.

ExtremeUSB utilise des algorithmes et des techniques de gestion pour gérer et surmonter les situations d’erreur propres aux différents types de transfert USB. En gardant cette liaison USB active via proxy pendant les délais accrus d’extension, ExtremeUSB permet une extension USB 1.1/2.0 jusqu’à 10 kilomètres sur un câblage fibre et jusqu’à 500 mètres sur un câble Ethernet Cat X.

Avantages des allonges USB ExtremeUSB

L’ExtremeUSB est :

• Une rallonge USB transparente : son fonctionnement est identique à celui d’un câble USB
• La mise en œuvre est Plug and play : aucun driver n’est requis
• Elle fonctionne avec tous les principaux systèmes d’exploitation : Windows®, Mac OS X® et Linux®

Bien que la technologie brevetée ExtremeUSB d’Icron soit présente dans les produits d’extension USB et USB+vidéo de marque Icron, elle est également mise à disposition sur le marché par des fabricants d’équipement d’origine (OEM) qui intègrent cette technologie dans leurs propres produits, comme par exemple le spécialiste des KVMs ADDER.

Applications des rallonges USB avec la technologie ExtremeUSB

Chaque fois que la distance entre la machine hôte et le périphérique USB est supérieure à 5 mètres pour USB 1.1/2.0 ou à 3 mètres pour USB 3.0, ou à 1 mètre pour USB 3.2 l’extension USB entre en jeu. Cela couvre une variété de marchés et d’applications, notamment : claviers, souris, disques durs, équipements d’imagerie médicale, consoles de jeux, tableaux blancs interactifs, systèmes de conférence en salle de réunion, inspection et assemblage d’usines, communications militaires, affichage numérique, caméras de sécurité, équipements d’exploration minière et pétrolière, machines de montage de post­production et bien d’autres encore.

Des exemples d’applications d’extension USB dans des environnements de classe, d’hôpital et d’usine, utilisant tous la technologie ExtremeUSB, sont présentés dans les figures suivantes. Remarque : LEX fait référence au boitier local et REX au boitier distant.
Des exemples d’applications d’extension USB dans des environnements de classe, d’hôpital et d’usine, utilisant tous la technologie ExtremeUSB, sont présentés dans les figures suivantes. Remarque : LEX fait référence au boitier local et REX au boitier distant.

Solutions d’extension USB pour l’automatisation industrielle

L’automatisation industrielle est l’utilisation de machines robotisées sous le contrôle d’ordinateurs pour effectuer des tâches de fabrication. Les avantages sont les suivants : rendements plus élevés, réduction des déchets, précision accrue, amélioration de la qualité, réduction des coûts d’exploitation et allongement de la durée de production. Souvent, les commandes informatiques doivent se trouver dans une zone éloignée des machines qui effectuent les tâches (par exemple, la zone de coupe d’une scierie avec de la sciure de bois est trop dure pour un contrôleur à écran tactile). L’USB est une interface de commande courante, mais la distance est limitée à cinq mètres pour l’USB 2.0 et à trois mètres pour l’USB 3.0. Les prolongateurs USB et USB + Vidéo d’Icron sont la solution parfaite pour combler l’écart de distance.

Solutions d’extension USB et vidéo pour l’affichage dynamique

L’affichage dynamique est l’affichage d’un contenu vidéo ou multimédia sur des panneaux contrôlés électroniquement à l’intention d’un public public ou d’un particulier. Cette forme de communication offre plusieurs avantages par rapport aux panneaux statiques traditionnels, notamment la mise à jour dynamique, les économies d’environnement, les économies de main-d’œuvre et la possibilité d’interagir avec le public s’il est équipé de la reconnaissance faciale, de la réponse vocale et d’écrans tactiles. Les panneaux numériques interactifs utilisant des écrans tactiles font souvent appel à la technologie USB. Lorsque l’hôte n’est pas en mesure de se trouver à moins de 5 mètres de l’écran, les prolongateurs ExtremeUSB® d’Icron peuvent combler l’écart de distance.

Solutions d’extension USB pour les applications de caméras de vision industrielle

Les caméras de vision industrielle aident les fabricants à réduire les défauts, à augmenter les rendements de production et à gagner en efficacité sur leurs lignes de production. Les caméras de vision USB 3 commencent à gagner en popularité car elles offrent un mélange souhaitable de simplicité, de prix abordable et de débit élevé par rapport à d’autres technologies de caméras de vision industrielle. L’inconvénient est la limitation de la distance de l’USB 3.0 à seulement trois mètres, mais cela peut être facilement surmonté avec les solutions d’extension USB 3.0 Spectra™ d’Icron Technologies.

Solutions d’extension USB pour les applications pétrolières, minières et gazières

Les applications pétrolières, minières et gazières exigent une infrastructure de communication fiable dans des environnements qui présentent souvent des conditions difficiles pour les équipements électroniques. Lorsque les ordinateurs doivent être placés loin du point d’action, ExtremeUSB® d’Icron Technologies est une solution parfaite pour combler des écarts de distance allant jusqu’à 40 km sur fibre ou 100 m sur Cat5e.