USBピンアウト完全ガイド：初心者向け徹底解説

今日では、ホストコントローラと複数のバスパワーデバイス間の物理的接続を作成するプロジェクトを簡単に完了できます。これはUSBインターフェースのおかげです。

USBはUniversal Serial Busの略で、ホストをデバイスに接続するための主要インターフェースとして、前身（FireWire、RS-232シリアル、さらにはパラレル）に取って代わってきました。

通常、USBシステムのアーキテクチャにはホストコントローラ、USBポート、幅広いデバイスが含まれます。また、追加のUSBネットワークハブを追加してツリー接続構造を作成するケースもあります。

しかし、それは表面に過ぎません。

この記事では、USBについてすべてを説明し、あなたの回路のためのさまざまなUSB例を紹介します。

始めましょう！

USBピンアウト

USBにはピンとして機能する4本のシールド線があります。これらのうち2本は電源用、残りの2本は差動データ信号ペア用です。完全なUSBピンアウトは以下の表をご覧ください。

ピン	名称	ケーブル色	説明
1	VCC	赤	+5 VDC電源ピン
2	D-	白	データ- ピン
3	D+	緑	USBデータケーブル Data+
4	GND デジタルグラウンド	黒	グラウンドピン

USBの仕組み

すべてのコネクタと同様に、すべてのタイプのUSBコネクタにはオスとメスのタイプがあり、デバイスを正しい方向で接続できるようになっています。

システムが必要なUSBプロトコルに従えるように、正しいUSB接続を行うことが不可欠です。接続を確立するために、USBリモートデバイスはアップストリーム接続と呼ばれるものを備えています。これらのリモートデバイスはこのアップストリーム接続を使用してホストに接続します。

ホストもダウンストリーム接続を備え、リモートデバイスに接続できます。

さらに、アップストリームとダウンストリーム接入を相互に使用することはできません。これにより誤接続を防ぎ、USBケーブルを正しい方向でのみ接続できるようにします。

また、違法なループバック接続やダウンストリームポート同士の接続など、いくつかの問題を回避するのにも役立ちます。

実際の仕組み

まず、USBデバイスはプルアップ抵抗を使用して「D+」と「D-」端子を3.3Vに引き上げ、最大速度を示します。ホストまたはハブもこれらのプルアップ抵抗を使用して、複合デバイスがポートに接続されたことを検出します。したがって、プルアップ抵抗がないと、USBは接続されたデバイスを検出できず、デバイスが壊れているかコネクタが壊れているかを判断できません。

したがって、外部デバイスを初めて接続すると、ホストデバイスがそれをスキャンし、デバイスの実行に必要な正しいドライババージョンをロードします。これを行うために、ホストは製品ID/ベンダーID（PID/VID）を使用します—これは接続されたハードウェアまたはデバイスが提供します。必要なデバイスドライバのロードが完了すると、ハードウェア/デバイスが使用可能になります。

注: USBホストコントローラには独自の仕様があります。すべてのUSBタイプで動作するユニバーサルホストコントローラインターフェース（UHCI）、USB 1.1で動作するオープンホストコントローラインターフェース（OHCI）、USB 2.0で動作する拡張ホストコントローラインターフェース（EHCI）があります。

USBコネクタタイプ

元々、USBケーブルは2つのタイプのみ可能で、これらは「タイプA」と「タイプB」でした。その後、より優れたデータ転送速度とより堅牢なシステムを誇るUSB Type-Cが登場しました。

さまざまなUSBタイプの完全な概要は以下の表をご覧ください。

Type-A USBコネクタピンアウト

Type-A USBは最も一般的なUSBコネクタタイプです。また、ホストコントローラ、コンピュータ、フラッシュドライブ、その他多くのアイテムで見つかります。また、Type-A USBではダウンストリーム接続のみ可能で、その唯一の用途はコントローラとハブです。

Type-A USBコネクタは他のコネクタより大きく、平らで長方形の形状をしています。また、摩擦でこのコネクタが固定されるため、接続と切断が簡単です。しかし、機器が振動する可能性のある場所での使用は良いアイデアではありません。

Type-A USBにはオスとメスの2つのバージョンがあります。オスバージョンはプラグ、メスバージョンはソケットまたはポートとして知られています。

メスコネクタバージョンはホストコントローラで見つかり、オスコネクタバージョンは通常メモリスティック、キーボード、マウス、ストレージデバイスへのその他の接続などのデバイスにあります。

用途

• ほとんどのパーソナルコンピュータで動作。
• テレビや音楽システムでも動作。
• ゲーム機やモバイルポータブルデバイスのほぼすべての充電器でも見つかります。

Type-A USBピンアウト

Type-Aコネクタの古いバージョンは4ピン、新しいバージョンは9ピンです。Type-Aコネクタのすべてのピンを示す表はこちら：

注: Type-A USBコネクタのすべての世代にピン1〜4があり、第3世代コネクタにピン5〜9があります。

USB-Bピンアウト

USB-Bはプリンターやスキャナーなどの周辺機器接続に主に機能する第2のコネクタタイプです。また、ピンアウトの配置が異なります。

ほぼ正方形の形状で、コネクタの上端コーナーにわずかなベベルがあります。また、接続時に摩擦で固定されます。

Type-B USBポートは周辺機器でのみ見つかるアップストリームコネクタです。したがって、ほとんどのType-B USB用途にはA to B USBケーブルが必要です。

面白い事実があります：

Type-B USBは2台のホストコンピュータ間の接続作成の可能性を排除しました。これにより損傷を防止します。

用途

このコネクタは主にプリンターやスキャナーなどの周辺機器で動作します。

ピンアウト

Type-A USBと同様に、Type-Bの古いバージョンは4ピン、新しい3.0バージョンは9ピンです。すべてのピンを示す表はこちら：

また、2つの追加ピンを持つ第2のType-Bコネクタタイプがあります：

10	DPWR	N/A	デバイスへの電力
11	DGND	N/A	DPWRリターンのグラウンド

USB-Cコネクタ

USB Type-CはUSB-Bを徐々に置き換えているUSB仕様です。USBケーブルとデバイスで動作する小さな24ピンのリバーシブルプラグです。

Type-C USBはホストとデバイスの両方のコネクタとして機能できます。また、最新のモバイルデバイスのほとんどにType-C USBが搭載されています。

USB-Cコネクタピンアウト

Type-C USBにはリバーシブルに接続できる24ピンがあります。ピンの完全なリストを示す表はこちら：

マイクロUSBピンアウト

現代の携帯電話やオーディオデバイスなど多くのアイテムでより小さなUSBサイズが技術的に必要になったため、より小さなコネクタが必要になりました。こうしてUSBマイクロコントローラが誕生しました。

マイクロUSBにはType-AとType-Bの両バージョンがあり、1.0マイクロUSBと2.0マイクロUSBのように利用可能です。しかし、これらのバージョンはより小さく、はるかに薄い機器ラインで使用できます。

また、マイクロUSBはUSB標準であり、外部ソースからのより良い転送レートを提供します。

ピンアウト

標準的な古いマイクロUSBコネクタは5ピン、一般的でない3.0バージョンは10ピンです。マイクロUSBコネクタのピンを示す表はこちら：

第4ピンモードはUSB On-The-Go（OTG）と呼ばれます。これにより、デバイス上で周辺機器とホストの役割を切り替えることができます。また、接続時にどちらが電源として機能するかをデバイスが決定するのもこれです。例えば、Androidスマホをノートパソコンに接続する場合。充電専用ケーブルがあればノートパソコンがスマホを充電し、スマホがノートパソコンを充電することはありません。

まとめ

時々、USB A to USB Aケーブルを使用して、コンピュータやUSBデバイスをAスタイルのメスポートを持つ別のUSBデバイスと接続し、両システム間でデータを転送することが可能です。

しかし、2台のコンピュータ間やUSBハブと2台のコンピュータ間の接続作成にタイプA to Aケーブル接続を使用すべきではありません。なぜか？そのような接続を作成すると、ケーブルが両方のコンピュータから同量の電圧（5V）を受け取ることを意味します。したがって、両方の電源を接続し、修復不可能な損傷やその他の問題を引き起こします。場合によっては火災の危険さえあります。

この記事を締めくくります。ご質問があればお気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いします。