USB-C完全ガイド：機能、ピン配列、Power Delivery

はじめに：

デバイス間の接続性において、USBは有線接続の標準と見なされてきました。USB標準の最後の主要アップデートは、USB-Cコネクタの導入によって行われました。USB Type-Cコネクタについてどれくらいご存知ですか？この記事では、USB Type-Cの構造とそのモードについて説明します。このUSBはデータ伝送と電力供給の両方が可能です。また、リバーシブル（裏表どちらでも挿せる）で、多くの重要な機能があります。まず、USB-Cを定義しましょう。

USB Type-C：

USB Type-C（別名USB-C）は、24ピンのUSBコネクタシステムです。最大10Gbpsの高速データ転送と、最大100Wの電力供給が可能です。

USB Type-Cの特徴：

USB Type-Cインターフェースには3つの主要な特徴があります：

1. リバーシブルコネクタで、レセプタクルに対して裏表どちらでも挿せます。
2. 従来のUSB規格（USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1など）とサードパーティプロトコル（DisplayPort、HDMI）をAlternate Modeでサポートします。
3. このインターフェースを使用して、デバイスがインターフェースを通じた適切な電力レベルを選択できます。

USB-Cレセプタクル/ピン：

前述の通り、USB-Cコネクタにはレセプタクルとプラグの両方で24ピンがあります。

図1. USB Type-Cレセプタクル. Image courtesy of Microchip.

 

図2. USB Type-Cプラグ. Image courtesy of Microchip.

USB 2.0差動ペア：

USB 2.0接続に使用される差動ペアはD+とD-ピンです。レセプタクル内の2つのD+とD-ピンは互いに接続されており、USB 2.0データ差動ペアは1つのみ利用可能です。これは「リバーシブル」機能のためです。

電源とグランドピン：

VBUSピンとGNDピンは、それぞれ電源と帰還経路です。VBUSのデフォルト電圧は5Vですが、デバイスに応じてデフォルト以外の値を使用できます。VBUSは最大20V、最大電流5Aまで伝導可能で、最大100Wの電力供給が可能です。これは、より多くの電力を要求する大型デバイスの充電に使用できます。つまり、USB Type-Cはデバイスに応じて電力要件に適応できます。

RXとTXピン：

RXとTXの差動ペアが2セットあります。そのうち1組のRXペアと1組のTXペアがUSB 3.0/3.1プロトコルで使用されます。USBがリバーシブルであるため、多重化器（マルチプレクサ）を使用して差動ペアからのデータをケーブル経由で再ルーティングします。また、USB-Cの最小機能セットにはUSB 3.0/3.1が含まれず、Alternate Modeで使用可能であることに注意してください。

CC1とCC2ピン：

CC1とCC2ピンはチャネル設定ピンです。ケーブルの接続/取り外し検出、レセプタクル/プラグの向き検出、電流アドバタイズメントなどを可能にします。また、電力供給とAlternate Modeでの通信にも使用されます。

VCONNピン：

USB-Cは高速データ転送と電力供給に使用されます。この機能にはケーブル内の特殊チップの使用が必要です。一部のアクティブケーブルは、信号を強化し損失を克服するためにリドライバチップも使用します。これは、VCONNピン内に5V、1Wの電源を供給することで実現できます。アクティブケーブルはRa抵抗を使用してCC2ピンをプルダウンします。ケーブルの向きが決定された後、チャネル設定ピンが5V、1Wの電源に接続され、ケーブルに電力を供給します。したがって、CC2ピンが電源VCONNに接続されます。

SBU1とSBU2ピン：

これら2つのピンは、Alternate Modeで低速信号パスとして使用されます。

USB-C Power Delivery：

USB-Cは、インターフェースを通じた適切な電力フローの選択を助けます。これらの電力ネゴシエーションはUSB Power Deliveryプロトコルを通じて行われます。通常、シンク（受電側）がソース（供給側）にリクエストを送り、必要に応じてVBUS電圧を調整します。ソースがVBUS電圧を安定させ、「power-supply-ready」メッセージをシンクに送信します。シンクがリクエストし、ソースが供給し、再度「power-supply ready」メッセージを送信します。Alternate Modeでの他の電力ネゴシエーションも、標準のCCライン上のPower Deliveryプロトコルを使用して行われます。

USB-C Alternate Modes：

Alternate Modeにより、サードパーティプロトコル（DisplayPort、HDMIなど）の実装が可能になります。Alternate ModeはUSB 2.0とUSB Power Delivery接続をサポートします。

結論：

USB Type-Cは、現代のデバイスにおける真のユニバーサル標準となりつつあり、価値あるアップグレードです。データと電力をより高速かつ効率的に伝送する能力により、古いUSBバージョンを置き換えるのは時間の問題でしょう。