USB Type-C：組み込み設計をシンプルにするリバーシブル コネクタ

最新の USB 3.1 仕様で USB Type-C コネクタが導入され、従来の USB 規格を悩ませてきた向きの問題がついに解決されました。レガシー USB の唯一の欠点ではありませんが、ケーブルをどちらの向きでも挿せないことは、設計者とユーザーの双方にとって持続的な煩わしさでした。

私の経験では、USB ケーブルをデバイスに正しく挿すのに 3 回試行することがよくあります。新しい Type-C コネクタは、機械的に対称な設計により、どの向きでも完璧に動作することでこの問題を解決します。

(出典：Duane Benson)

USB 3.1 には大幅なアップグレードがあります。より高い電力供給、より高速なデータレート、自己検出して役割を調整するスマートケーブル。追加された複雑さは、ケーブル内の小さな組み込みエレクトロニクスが両端で電力レベルとデータモードをネゴシエートすることで管理されます。

フルスペックを読むのは気が遠くなります。特に、組み込みプロジェクトで慣れ親しんだ USB Micro-B と FTDI USB-UART ソリューションと比較すると。しかし、USB-IF 仕様は、Type-C コネクタを既存の USB 2.0 設計に最小限の労力で、隠れた落とし穴なしで配線することを明示的にサポートしています。

私の最初の Type-C 実装は、Embedded.com の Max Maxfield 氏と共同設計している Arduino 互換の電子定規です。このボードはすでに FTDI FT231X を使用して MCU UART を USB Micro-B コネクタにブリッジしていましたが、Type-C ポートを追加し、どちらのケーブルでも電力供給とプログラミングが可能になりました。

以下の図は、コネクタの正面図から見た信号、電力、グラウンド接続のピンレイアウトを示しています。

(出典：Duane Benson)

コネクタの両面に同一の電力とグラウンドピン、および重複した D+ と D- 線が提供されます。USB 2.0 互換性のために必要なのは、D+、D-、Vbus、Ground、CC1、CC2 のみ。残りのピン（TX1/2/+/-、RX1/2/+/-、SBU1/2）は、USB 3.1、DisplayPort、HDMI などの高速および代替モード用です。

電力、グラウンド、USB 2.0 データラインのみが完全にミラーリングされています。高速モードでは、スマートケーブルのエレクトロニクスが適切なルーティングを確保し、コネクタの重複 D+/D- ペアは、ケーブル内のワイヤーを 2 本減らしたユニバーサルなリバーシブル インターフェースを単純に提供します。

CC1 と CC2 はプルダウン抵抗として機能し、スマートケーブルやアップストリーム デバイスにケーブルの向きと電力供給オプションを通知します。基本的な USB 2.0 デバイスには、CC1 と CC2 の両方に 5.1 kΩ のプルダウン（R3 と R4）が必要です。

(出典：Duane Benson)

J2 が Type-C コネクタ、J1 が Micro-B コネクタです。すべての D+ と D- ピンは、標準的な USB 2.0 レイアウトを反映して、27 Ω 抵抗（R1 と R2）を介して FT231X（U2）の USBDM と USBDP ピンに接続。他のすべてのピンは未接続のままです。

両方のケーブルが同時に挿入された場合の 5V 逆流を防ぐため、保護ダイオード（D20 と D21）を追加しました。データラインの衝突は単に接続を不能にしますが、ダイオードは MCU を潜在的な電圧スパイクから守ります。

以下のレイアウトは、Micro-B（J1）と表面実装またはスルーホール Type-C（J2）コネクタの相対サイズを示しています。

(出典：Duane Benson)

比較ビューでは、USB Micro-B（左上）、表面実装 Type-C（中央上）、SMT/スルーホール併用 Type-C（右上）が、米国 10 セント硬貨をスケールとして示しています。

(出典：Duane Benson)

USB Type-C がユビキタスな標準になるまで、スペースが許せば両方のコネクタをボードに搭載し続けます。あなたはどうですか？ すでに組み込みシステムで Type-C を採用していますか、それとも導入スケジュールはありますか？