USBケーブルを延長する方法（USBカメラも延長可能）

USB規格は、共通の決まりによって使い勝手が向上している一方で色々な制約もあります。

本記事のテーマである「USBのケーブルの長さ」もその制約の一つです。「USBカメラのようなUSB機器をPCから離れた場所で使用したい」という要望があっても、USBの規格で長さが制限されてしまっています。

ただし、制限している理由を正しく考慮すれば、USB規格で決められた長さの制限を超えていても機器を動かすことが可能です。
本記事では、「USBのケーブルの長さの規格」と「USBでケーブルを長くできない理由」を解説したうえで、「USBケーブル延長の方法」をご紹介していきます。

USBケーブルの長さ

USB規格

パソコンと周辺機器を繋ぐインターフェースとして最も有名な規格がUSB規格です。

USB規格は、Universal Serial Busの略称で、Universal(ユニバーサル)の文字が示す通り、プラグ&プレイやホットプラグなど「いつでも差し込むだけで使用が可能になる」という使い勝手の良さから、幅広い機器で採用されています。

2000年に策定されたUSB2.0では「転送速度の高速化」と「電源供給」がサポートされたことで産業用カメラなどへの普及も一気に加速し、現在は、USB4まで規格が定義されています。

USBケーブルの長さの規格

USBの長さの規格は、転送速度が上がり電源供給も担うようになったUSB２.0の時に5mと定められました。

それ以降の規格でも、それぞの規格で最大の長さが決められていますが、その長さは転送速度の高速化と反比例して短くなっています。

USB規格	転送速度	最大ケーブル長
USB1.1	12Mbps	制限なし
USB2.0	480Mbps	5m
USB3.0	5Gbps	3m
USB3.1(Gen2)	10Gbps	1m

USBケーブルの長さを制限する理由

USBケーブルの長さが制限される理由は、以下のような観点で、転送中のデータの損失などが発生する危険性があるためです。

信号の減衰の影響

ケーブルの電気抵抗は”０”にはならないため、ケーブルを通っている信号はどんどん減衰して弱くなってしまいます。
そのため、例えば”１”であるはずの信号が減衰してしまい"0"と判定されてしまう可能性が出てきます。

信号のノイズの影響

ケーブルが長くなると、ノイズなどの影響も大きくなります。
そのため、例えば”０”であるはずの信号にノイズが加わることで”１”と判定されてしまう可能性が出てきます。
特に、データの転送速度が速くなると、0/1の信号の切り替えタイミングも早くなるのでノイズと信号の見分けが難しくなってしまいます。

USB機器側で想定し検査しているケーブル長は規格で決められた長さです。
よって、USB規格の制限を超えたケーブルの延長は、延長したことによる影響を考慮した上で、自己責任で行う必要があります。

USBケーブルを延長する方法

USBケーブルの延長方法を４つ紹介します。

１．USB延長ケーブル（ノイズ対策を実施）

USBケーブルの延長ケーブルは、一方がメス、もう一方がオスになっているので、簡単に伝送距離を延ばすことができます。

「配線ノイズの削減方法」には以下のような方法があります。

• シールドケーブルを使う
• ツイストペアケーブルを使う
• フェライトコアを使う
• グラウンドをとる

詳細は、以下の記事をご確認ください。

USB延長ケーブルの延長のメリット

• 取り扱いが簡単

ケーブルを繋ぐだけで、手軽に通信距離を延長できます。

• 安価

通常のケーブルからシールド機能が強いものを選択するだけなので、比較的安価に購入できます。

USB延長ケーブルの延長のデメリット

• 長距離の延長ができない

ノイズをなるべく小さくする考慮しているだけなので、制限を大きく超えた延長はできません。
延長すればするほど問題が発生するリスクが高くなります。

２．USBリピーターケーブル

USBリピーターは、減衰した信号やノイズがのった信号を復元するための「IC」が搭載された機器です。
このUSBリピーターを一定長さ毎に挿入することで、USB信号の減衰を抑えて信号が遠くまで届くようにすることができます。

端子部分またはケーブル内にUSBリピーターを内蔵したケーブルが、USBリピーターケーブルです。

USBリピーターケーブルには、「USB接続の電源を使用するタイプ」と「別途ACアダプターで電源供給を行うタイプ」があります。
「別途ACアダプターで電源供給を行うタイプ」の方が信号を増幅（復元）する能力が高く長距離の伝送も可能になります。中には100mの延長を想定した製品もあります。

USBリピーターケーブルのメリット

• 取り扱いが簡単

ケーブルを繋ぐだけで、手軽に通信距離を延長できます。

• 比較的長距離の延長が可能

延長距離が長いものであれば、100mの延長も可能

USBリピーターケーブルのデメリット

• ノイズに弱い機器では信号エラーが発生するリスクがある

USBカメラは比較的ノイズに弱いので注意が必要です。

３．USBエクステンダー

USBエクステンダーは、PCとUSB機器の間に信号の”送信機”と”受信機”を挿入し、その間をLANケーブルで接続する方法です。

USBの信号を独自の信号に変換して送受信するため、安定した伝送が実現されます。

USBエクステンダーの中には、複数のUSBポートを有しており、４つのUSBを延長することができるものもあります。

USBエクステンダーのメリット

• 信頼性が高い

USBの信号をそのまま延長するのではなく、独自の長距離送信に適した信号に変換するため、長距離送信でも信号エラーが起きにくくなります。

• 比較的長距離の延長が可能

延長距離が長い製品であれば、100mやそれ以上の延長が可能です。

• 複数のUSB機器を一本で転送可能

信号を変換するので、複数のUSB機器が接続できるようになっているUSBハブ機能を兼ね備えたモデルもあります。

• ケーブルの取り回しが容易

LANの規格はもともと長距離の取り回しが想定されている規格なので、USBケーブルと比較すると、長距離で頑丈で取り回しやすいLANケーブルは入手が容易です。

USBエクステンダーのデメリット

• 価格が高い

専用の送受信機を使用するので、他の手法と比較して価格が高くなります。

• 機器を設置する場所が必要

専用の送受信機の設置が必要になります。
特にUSB機器の周辺に機器を設置する必要があるため場所がなければ設置することはできません。

４．光ファイバーUSBケーブル

電気信号を半導体レーザーやLED等を使用して一度光に変換した後、転送し、再度光を電気信号に戻します。

光ファイバーは、情報を高速且つ低劣化で伝送できるため、大量の通信データを長距離で伝送するのに向いており、300mの伝送が可能という製品も存在しています。

光ファイバーUSBケーブルのメリット

• 長距離伝送が可能

光ファイバーは信号の損失が少ないため、長距離伝送が可能です。

• 高速伝送が可能

光ファイバーは高速通信が可能なため、大容量のデータを転送可能です。現在、高速になっているUSB３.x等でも対応が可能です。

• 電気ノイズに強い

通信に光を使用するため、周りからの電波干渉、ノイズ（磁力線）の干渉を受けずに通信できます。
また、外部に電磁波を出さないため、精密測定機器等がある現場にも向いています。

• 軽量で耐久性に優れている

光ファイバーは、プラスティックやガラス繊維を使用するので、電気配線よりも軽量で耐久性に優れいます。

光ファイバーUSBケーブルの延長のデメリット

• 価格が高い

専用の送受信機および光ファイバーケーブルを使用するので、他の手法と比較して価格が高くなります。

• 取り扱いが難しい

光ファイバーケーブルは曲げやねじれに弱く、 ケーブル敷設時には注意が必要です。

USBケーブルを延長に関するまとめ

USBには、データ送信の利便性や確実性を確保するための規格があり、接続するケーブルの長さも決められています。

接続するケーブルの長さを規定するのは、延長した際にノイズにより機器が使えなくなるのを防ぐためなので、信頼性（ノイズ耐性）、延長距離、簡易性、コストを考慮して延長手法を適切に選択する必要があります。

本記事では、以下４つの延長手法を紹介しましたので、検討の参考してしていただければ幸いです。

	信頼性	延長距離	簡易性	コスト
USB延長ケーブル	×	△	◎	◎
USBリピーター	△	○	◎	○
USBエクステンダー	○	○	△	△
光ファイバー USBケーブル	○	◎	△	×

用語集

ゲイン（Gain） 露光/露出（Exposure） 明るさ（Brightness）