谁刚毕业时不是穷得铃儿响叮当？我当年囊中羞涩，买了一个没有蓝牙功能的山寨游戏手柄。为了把它接到电视旁的电脑上打游戏，我需要一根很长很长的 micro-USB 线......
结果发现根本买不到～
人家网线随便就能买到几十米的，你就不能把线加长点吗？这有什么难的？你不卖算了，大不了我用延长线硬接过去！
但在采取行动之前，我还是决定先研究一下：把线做长真的很难吗？
结果发现，原来线材背后隐藏着许多门道，并不是想加长就能加长的。为什么呢？
从这个问题开始，我们得以进入线材的世界～
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把 USB 线做长，最容易想到的问题是：电阻。
USB 线内部基本都是铜线。上过中学的朋友都知道，导线越细、越长，电阻越大，回到这接收端供电不足。
但这个问题很好解决啊：大力出奇迹，换成更粗的线不就行了？大不了改装成这样：
确实，如果只是要远距离供电的话，网上一些加粗的 USB 线就能实现。
但打游戏、连设备时，USB 线不光要供电，还得传数据啊。这才是真正的难点：
我当时脑子里的数据线，就如同一根水管：数据像水从一头流进去，再从另一头流出来，这不就完事儿了？
其实，完全不是这样......
USB、HDMI 等铜线，主要是通过两根信号线间电压差异的变化，来传递信息的。
可以想象一个极其简化的例子：假如它要发送 010101，那就可以用高电压代表 1，低电压代表 0，不断变化。接收端只要把这些电压变化，再解码成二进制数据，信息就传过去了。
而所有信号在长距离传输时，都要面对两个问题：延迟，和电压波形变化。
那 USB 线是怎么处理的呢？这就要看看它的诞生背景了～
20 世纪 90 年代末，世界处于阴暗混沌之中：电脑接口五花八门，互不兼容，插拔设备甚至要重启电脑。
英特尔们说：要有一种通用、支持热插拔、体积又小的接口。
于是，就有了USB。
USB 最初面向各种桌面设备，不需要很长的线。那到底能做多长呢？这跟它的传输速度有关。
英特尔工程师给 USB 1.0 规划的最高传输速度是 12Mbps，相当于每秒传 1.5MB 数据——相对应地，就是发射端需要每隔 83.3ns 就发送一个比特。
由于当年一些电气设计方面的问题，发射出的信号到达接收端后还会反射回来，必须等它不会干扰后面的信号后，才能发下一个信号。再扣除掉信号切换的时间、两端接口电路板所需要的时间等，最后留给外部线缆传输的时间不能超过 26ns。
在铜线中，电信号传播速度大约为 2×10^8 m/s，所以最终数据线的长度不能超过 5 米——这个限制，明确写进了 USB 1.0 的协议里。
而低速线的长度甚至更低：这是为了进一步降低线材成本，适配鼠标等低速设备，快速推广新接口～
再往后，最长 5 米的标准就变成了一个像“两匹马的屁股宽度” 一样的存在，决定了 “铁轨”的规格：
英特尔们在设计 USB 接口时，就希望它是一个向后兼容的协议，所以USB 2.0 仍保留了“线长 5 米”的要求。如果非要加长，就可能无法满足协议规范。
比如 USB 2.0 是半双工传输：意思就是说发射端和接收端只能轮流发射信号，不能同时传输。而许多事务又要求设备必须在规定时间内返回数据或握手。
像电脑向 USB 2.0 的 U 盘传输数据时，U 盘需要在规定时间内回复 “收到了”；如果线材太长，回复来得太晚，就会判定为传输失败～
当然，如果你非要问：自己做一根长线，真的就不能用吗？
也能用，但不完全能用。
比如柴司策划小卡上学时做过一次活动。当时台上的演讲人要用翻页笔控制 PPT，而播放 PPT 的控制台电脑离讲台有几十米。他们情急之下，剪断了一根 USB 延长线，把两端分别接在一根超长网线的两端，手搓出了一根近百米长的“USB 延长线”，连接了电脑和翻页笔，居然也把整场活动顺利办完了......
类似的案例还有很多：不少人拿手搓的超长 USB 线连接摄像头、U 盘、打印机等设备，有人成功，有人失败。总之就是能用，但不完全能用。
为啥呢？
因为长距离传输不光有延迟，还要解决信号质量问题。
我们刚才说过，USB 线是通过两根信号线之间不断变化的电压差来传递数据的。而信号在铜线中传输时，可能受到其他线路和外界电磁波的干扰；随着距离变长，信号还会逐渐衰减和失真。
你发过去的时候，数字信号的波形长这样；等到达接收端之后，它可能就变成这样了。
而且传输速度越快，就意味着信号频率更高，也就是 0 和 1 的交替变化越来越快；同时接收端也要在更短的时间内，判断传来的信号是 0 是 1，所以对信号质量的要求也越高。
而信号频率越高，衰减和损耗越大。信号幅度变弱、边沿变缓，多个比特相互干扰，都会大幅提高误码率——这时候就算强行把线接上了，也不一定能正常工作。
所以等 USB 传输速度更快之后，虽然采用了更先进的编码，加上了更好的屏蔽层，还在收发信号时预先做了处理，但常见的 USB 3 数据线仍然只有 2–3 米长，更快的 USB 3.2 和 USB 4 数据线，可能只有 0.5–2 米。
而且不光是 USB ，其他用铜线的高速数据线也一样。做长不光价格贵，性能还可能要下降。
像这套 HDMI 线，3 米以内最高支持 HDMI 2.0 协议，可以传输 4K 60Hz 视频；
拉长到 5 米以上，即使换用更粗的铜导线，加装信号放大器，就只能传 4K 30Hz 视频；
如果再加长到 30–50 米，就只能传 1080P 视频了。
但这时就一定会有朋友像我开头那样发出疑问了：
啊那网线传输速度也快啊，人家怎么就能做到 100 米长，从单元楼入口一直拉到家里呢？
确实，但这是因为上网对延迟要求更低，又因为要上楼入户，所以一开始就以百米的长度作为目标，设计了更粗的线材，能容纳 4 对双绞线，还做了更强的屏蔽，用了更强的 DSP（数字信号处理器）等。
USB 线如果为了做长，在价格、粗细、延迟等方面做出这么多牺牲，那用户就不能接受了。
由于当年设计时就没考虑我这种奇葩需求，所以我买不到 10 米长的 USB 线来连山寨手柄很正常，只能说是穷酸的后果，要认命～
但是！假如我偏不认呢？我就是不在乎什么延迟，粗细，我就是要搞一根超长 USB 线！有办法吗？
有的，朋友~
但像我当年想的那样，用这种便宜USB 延长线一个套一个接出去是不行的......
因为这种延长线的内部只有铜线，相当于把几根线硬合成一根更长的线，根本没法儿保证信号质量。而且它们用的铜导线还没有常见的网线粗，衰减更大，串起来还不如小卡他们用网线手搓的线~
USB 协议中明确规定，这种延长线属于 “禁止使用的线缆组件”。你可以用，但很可能没用。
要搞稳定的超长 USB 线，必须能保证信号质量。USB 协议其实就提到过一种设备：集线器。
在设计 USB 协议时，英特尔的工程师也想到了用“一层套一层”的方式来扩展更多设备：比如主机只给键盘留一个接口，再把 USB 鼠标接到键盘上。
集线器不光有铜线，还有芯片，它会把上游信号接收下来，再重新生成新的 USB 信号发给下游端口，这样就能保证信号质量。
当然也不能无限套娃：根据 USB 1.0 协议，设备和主机之间最多能够有5 个集线器。
那该怎么分辨你手里的是集线器，还是普通延长线呢？很简单，把这玩意儿插到电脑上，如果“设备管理器”里出现了“通用 USB 集线器”之类的设备，一般就是集线器；什么反应都没有，那就是普通延长线。
除了集线器外，还有一种更优雅的解决方案：有源数据线。
所谓“有源”，意思就是说它跟集线器差不多，装了专门的电子信号处理芯片，可以重整信号，让它传得更远。
比如当年苹果有根雷雳 3 数据线，就是靠里面的芯片放大信号，才实现了 2 米线长、40Gbps 的高速传输。仅需 900 多元就能把它带回家，赶快拿起手中的电话订购吧！
不过，铜线传输的损耗毕竟比较大。如果你真的要搞一根长达几十甚至上百米、又能稳定工作的 USB 线，这时就需要——
站在光里。
高频信号在光纤中衰减比铜导线小很多：高速铜缆 100 米就会出现 18-19dB 的损耗，而这种常见的光纤，每 1000 米衰减才 0.2dB。
而且光纤传输的是被约束的光波，所以不会像铜线一样受到普通电磁噪声的干扰，可以做得更长。如果每隔几十公里放大一下，甚至能跨越大洋。
所以只要把 USB、HDMI 什么的和光纤结合一下......砰，就能得到“光纤版” USB。它们两端装有专用芯片，负责光电信号转换，能轻松做到上百米。仅需 800+，你就可以买到一根 100米的 USB 3.0 线，从家里直连一楼老王家的电脑——不过可能需要单独供电~
OK，讲到这里，我开头的那些问题终于解决了：
为什么很难买到 10 米长的 USB 线？
因为数据线虽然看起来只是一根铜线，但设计时要考虑延迟、信号质量、成本等等因素，直接拉长是满足不了协议需求的，用不了。
但是！只要我真想的话，别说 10 米，100 米的 USB 线也能搞出来，无非是麻烦一点，多付点钱罢了~当年我还是吃了既没知识也有钱的亏~
只是有一个小问题：
如果要花 800 多买一根数据线，为啥我不直接买个能用蓝牙的正版手柄呢......
OK 感谢您看到这里，我们又从一个小疑问出发，了解了数据线背后的结构~数据线、接口、协议等等是一个非常迷惑的领域，我们之前已经做过几期内容，接下来，我们还会研究一下 HDMI 和 DP 的故事～文件夹已经新建好了，感兴趣的话可以点个关注，下期见！
