USB (Universal Serial Bus)

規格

伝送モード名 ブランド名 最大転送速度 最大伝送距離 給電能力 対応するUSB規格 ※1
Low-speed (LS)
(低速)		 1.5Mbps     USB 1.0以降
Full-speed (FS)
(フルスピード)		 Full-speed USB 12Mbps    
High-speed (HS)
(ハイスピード)		 High-speed USB 480Mbps 5m 500mA USB 2.0以降
SuperSpeed (SS)
(スーパースピード)		 SuperSpeed USB 5Gbps 5Gbps 3m 900mA USB 3.2 Gen 1 (USB 3.1 Gen 1 / USB 3.0) 以降
SuperSpeed+ (SS+) SuperSpeed USB 10Gbps 10Gbps   1000mA USB 3.2 Gen 2 (USB 3.1 Gen 2 / USB 3.1) 以降
SuperSpeed USB 20Gbps 20Gbps     USB 3.2 Gen 2x2(ツーバイツー) (USB 3.2) 以降
  USB4 20Gbps 20Gbps     USB4 Gen 3x1
  USB4 40Gbps 40Gbps     USB4 Gen 3x2
SuperSpeed USB | USB-IF

※1 規格の名称がたびたび変更されている 【特集】USBさっぱり分からんの“戦犯”。「Gen表記」がよく分かる解説 - PC Watch 山口真弘 (2024/09/30)

ケーブルの長さが最大伝送距離を超える場合でも、SANWA SUPPLY 12m延長USBアクティブリピーターケーブル KB-USB-R212などの信号増幅回路を内蔵した延長ケーブルを用いることで、対応できます。

USB 2.0対応のハブにUSB 1.1のデバイスを接続すると、Transaction Translatorが共有されることにより転送速度がUSB 1.1の規格に制限されることがあります。

ロゴ
ブランド名    
USB
High-speed USB
SuperSpeed USB
(SuperSpeed USB 5Gbps)
SuperSpeed USB 10Gbps
SuperSpeed USB 20Gbps
USB4 20Gbps
USB4 40Gbps

メーカーが無断でロゴを使用していることがあるため、製品のロゴが正規のものであるかどうかはUSB認証のリストで確認します。

USB 3

2.4GHz帯を用いるUSB無線機器 (BluetoothやUSB無線) を接続するならば、USB 3のコネクタから離して接続するようにします。 USB3.0対応のデバイスと2.4GHz帯をサポートするUSBレシーバーを同時に使用する際、干渉で2.4GHz帯のデバイスの挙動に影響がでる可能性があります | サポート 公式 | ASUS 日本 USB 3.0 機器による 2.4GHz 帯通信障害 ( EMI （ 電磁波障害 ）) とその対処方 | ドスパラ サポートFAQ よくあるご質問｜お客様の｢困った｣や｢知りたい｣にお応えします。

コネクタ

  • Type-A … ホスト側
  • Type-B … デバイス側
  • Type-C … ホスト、デバイスの区別なし
  Type-A Type-B Type-B SuperSpeed Type-C
Standard
Mini ---
Micro
物理接続 - ユニバーサル・シリアル・バス - Wikipedia

ピン配置

USB 1.x/2.0 Standard
ピン 名称 電線色 説明
1 VBUS 赤 (またはオレンジ) +5V
2 D- 白 (または金) Data-
3 D+ 緑 Data+
4 GND 黒 (または青) Ground
Pinouts - USB - Wikipedia
USB 1.x/2.0 Mini/Micro
ピン 名称 電線色 説明
1 VBUS 赤 +5V
2 D- 白 Data-
3 D+ 緑 Data+
4 ID なし ホストとデバイスの識別
5 GND 黒 Signal ground
ミニ8ピン平型 (mini 8-pin flat type)

デジカメなどに使用されていた、USBの規格外のコネクタです。 ミニUSB 8pin平型コネクタ（ピックアップコンテンツ特集 RoHS指令グリーン購入法 RoHS指令適合製品 ケーブル USBケーブル）｜サンワサプライ株式会社 カメラ接続用USBケーブル(平型mini8pinタイプ) - DGW-F8UF05BK

ミニ4ピン (mini 4-pin)

通常の5ピンを4ピンに減らした、正方形に近い形状をしたコネクタです。Kodakなどのデジカメで使用されていました。

USB Type-C
コネクタのピン配置とケーブル結線 - USB Type-C - Wikipedia

Type-Cの端子でAlternate ModeやUSB Power Deliveryが実現されていますが、Type-Cを用いているすべての機器がこれらの規格に対応するわけではありません。USB Type-C ってなに？- ELECOM | Type-C紹介

USB 2.0の規格でType-Cのコネクタが使われることがあるため、転送速度が高速であるとも限りません。

Alternate Mode (オルタネートモード / Alt Mode)

USBのコネクタで、USB以外の信号を伝えるようにする規格です。

  用途  
Thunderbolt 3 Thunderboltの接続 USB Type-CとThunderbolt 3の“紛らわしい関係”をIDF 2015で整理する (1/3) - ITmedia PC USER 鈴木淳也 (2015/08/25)
MHL Alternative Mode HDMIの接続  
DisplayPort Alternate Mode DisplayPort (DP) の接続 DisplayPortをUSB Type-Cコネクタで使える拡張仕様が発表に - PC Watch 多和田新也 (2014/09/24)
第717回：USB Type-Cとは - ケータイ Watch Watch 大和哲 (2015/07/22)

Alternate Modeに非対応の機器から接続したときには、デバイスはUSB Billboard (USB BB) の仕組みによりビルボード デバイス (Billboard Device) として認識され、その情報を伝えます。

E-marker (eMarker / eマーカー)

USB 3.2 Gen 1 (USB 3.0) 以降、または3A以上の給電に対応するType-Cケーブルに内蔵することが必須とされているICで、ケーブルの仕様に関する情報が格納されています。

レガシーケーブル (legacy cable)

一端がType-Cでもう一端がType-AまたはBである、従来の機器との接続用のケーブルです。

ホスト側   デバイス側 CC※1 用途
USB 3 Standard-A プラグ USB 3 Type-C プラグ Rpプルアップ 従来のUSB 3または2ホストに、Type-Cデバイスを接続
USB 2 USB 2
USB 3 Type-C プラグ USB 3 Standard-B プラグ Rdプルダウン  
Micro-B プラグ  
USB 2 USB 2 Standard-B プラグ  
Micro-B プラグ  
Mini-B プラグ  
USB 3 USB 3 Standard-A レセプタクル (receptacle : メス) USBコネクタを備えるUSBメモリのようなデバイスとの接続（アダプター）
USB 2 USB 2 Micro-B レセプタクル (receptacle : メス) Rpプルアップ Type-Cホストに対して、Micro-Bプラグでの充電（アダプター）
【USB】第5回 既存のUSBコネクターの問題を解消する新規格「USB Type-C」とは：ITの教室（2/2 ページ） - ＠IT 塩田紳二 (2018/09/04)

※1 A5とB5ピンのCC (Configuration Channel) に接続された抵抗値で、接続相手が判定されます。

  • プルダウン … CCとGNDを、5.1kΩの抵抗で接続
  • プルアップ … CCとVBUSを、56kΩの抵抗で接続

よってこの抵抗が入っていないと、正常に動作しなかったりデバイスを破損させる恐れがあるとされています。 GoogleのエンジニアがUSB Type-C対応ケーブルを片っ端から品質レビュー、まともに動くのがどれなのか判明 - GIGAZINE 【特集】複数の規格が入り交じるUSB Type-C。その挙動を探る【スマホ編】 ～Type-C搭載スマホの充電速度をチェック - PC Watch 山口真弘 (2017/09/28)

上の表のうち、アダプターとして定義されているのは、

オス メス
USB 3 Type-C USB 3 Standard-A
USB 2 Type-C USB 2 Micro-B

の2種類だけです。これ以外のアダプターは接続したときの結線が不明なため、使用は危険です。例えばC-CケーブルにCメス→Bオスのアダプターを接続しても、C-Bケーブルと同じ電気的条件になるとは限りません。よって安易に変換アダプターを用いず、両端がオスであるケーブルを用います。また規格内のケーブルとアダプターであっても、A-CケーブルにAメス→Cオスのアダプターを接続してC-Cケーブルのように組み合わせることは定義されていないため、このような接続も避けるべきです。

問題が顕在化するのは、レガシーアダプター (legacy adapter) がQuick Chargeなどで高電圧を出力した場合などです。Type‑Cプラグ内部のプルアップ抵抗を通じてCCピンに電圧が伝わるため、Type‑Cコントローラを破損させる恐れがあります。Power Tips: How to Protect a USB Type-C Controller from Legacy Adapters

参考

給電

Specification Voltage Current Power (max)
Low-power device 5 V 0.1 A 0.50 W
Low-power SuperSpeed (USB 3.0) device 0.15 A 0.75 W
High-power device 0.5 A 2.5 W
High-power SuperSpeed (USB 3.0) device 0.9 A 4.5 W
Multi-lane SuperSpeed (USB 3.2 Gen x2) device 1.5 A 7.5 W
Battery Charging (BC) 1.2
Type-C 1.5 A 7.5 W
3 A 15 W
Power Delivery 1.0 Micro-USB 20 V 3 A 60 W
Power Delivery 1.0 Type-A/B 5 A 100 W
Power Delivery 2.0/3.0 Type-C
Power - USB (Physical) - Wikipedia

USB Battery Charge (USB BC)

USBの既存の規格である5Vの電圧を用いた、電源供給の規格です。

USB Power Delivery (USB PD)

5Vを超える電圧で電力の給電を可能とする、USBのコネクタを用いた電源供給の規格です。

USB PD Rev. 1.0 source profiles
Profile +5V +12V +20V
0      
1      
2      
3      
4      
5      

USB PD 2.0から9Vと15Vが追加され、12Vが削除されています。よって12Vが必要ならば1.0準拠か、2.0/3.0非準拠の製品を選択する必要があります。

USB PD Rev. 2.0/3.0 source power rules
Source output power (W) +5V +9V +15V +20V
0.5 ～ 15V        
 ～ 27V        
 ～ 45V        
 ～ 60V        
 ～ 100V        
USB Power Delivery (USB PD) - USB hardware - Wikipedia
USB Power Delivery Revision 3.1 (USB PD 3.1)

従来のUSB PD 3.0に対して、次のような特徴があります。

  • 電圧に28V、36Vと48Vが追加
  • 可変電圧のEPR AVS (Adjustable Voltage Supply) が追加
  • 100Wを超える電源供給を行う場合はEPR (Extended Power Range) が必須。対応ケーブルはその情報をE-markerに組み込む
USB Power Deliveryに新リビジョン　給電能力を最大240Wに引き上げ - ITmedia PC USER 井上翔 (2021/05/27) 「これ一本で十分」な時代もすぐそこに！USB PD EPR認証ケーブルとは？240W給電で充電の常識が変わる！ USB Charger (USB Power Delivery) | USB-IF
EPR (Extended Power Range)

EPR AVS (Adjustable Voltage Supply) では要求する電圧を100mVごとに変えられます。PPSと似ていますが電流は調整できません。EPRではない従来の電圧範囲は、SPR (Standard Power Range) と呼称されます。知っておきたい！USB Type-C & Power Delivery規格の基本 – Part I I | アリオン株式会社

PPS (Programmable Power Supply)

状況に応じて電圧を20mV、電流を50mAごとに変化させることで充電効率を最適化し、発熱を抑えつつ急速充電できるようにする規格です。 第937回：PPS（Programmable Power Supply）とは - ケータイ Watch 大和哲 (2020/01/14) オプション機能のPPSって何？ - USB Type-C (タイプC) の充電規格「USB Power Delivery (USB PD) 」とは？

Quick Charge (QC)

充電電圧を上げることで、素早く充電する技術です。

Qualcommの独自規格ですが、Quick Charge 4以降はUSB PDと互換性があります。

Apple 2.4A Charging

AppleのUSB電源アダプタの「12W USB Power Adapter」で採用されている5V 2.4Aに由来する俗称で、規格名ではありません。そもそもUSBには2.4Aという規格はありませんが、この製品の影響からか、この電流値を採用する機器が多数あります。

PowerIQ

Ankerの独自規格ですが、PowerIQ 3.0はUSB PDとほぼ互換性があり、PowerIQ 3.0 (Gen2) 以降で5Vの電流が2.4Aから3Aに変更されUSB PD準拠となっています。裏を返せば初期はPD非準拠であり、5Vが2.4Aであるためにデバイスからの要件を満たさない恐れがあります。よりスマートな生活を実現するPowerIQ 3.0

Anker | PowerIQ™ 第692回：PowerIQとは - ケータイ Watch Watch 大和哲 (2015/01/20)

PDパススルー (PD Pass-Through)

外部電源から入力された電力を、接続先のデバイスへ出力できる仕組みです。

Dual-Role Power (DRP)

給電側 (source) と受電側 (sink) の二役 (dual role) を、自動で切り替えられる仕組みです。

受電されないデバイス

受電の端子にType-Cを採用しているデバイスに、Type-C準拠の電源を接続しても給電されないことがあります。

これはType-Cの規格では受電側 (sink) はCC1とCC2がRdを介してプルダウンすることが要件とされているためで、これらがプルダウンされていないと受電側の検出を待機している状態 (Unattached.SRC state)、通称コールド ソケット (COLD Socket) のままとなり、給電が開始されません。 4.5.1.3.2 Sink Configuration Channel Functional Model - USB Type-C Spec R2.0 - August 2019_0.pdf USB PDの技術2 ～USB Type-Cとロール・スワップ〜 | Renesas ルネサス なんで格安中華機器は両端Type-Cケーブルで給電できないの？ - tomoca2のブログ (2024/09/18)

参考

USB OTG (USB On-The-Go)

デバイスにホストの機能を与えることで、USB機器同士の接続を可能とする規格です。USB OTG（USB On-The-Go）でAndroidを活用 - サンワサプライ株式会社

これはType-Bに追加された規格であり、Type-Cでは当初から

  • デバイス (UFP : Upstreaming Facing Port)
  • ホスト (DFP : Downstream Facing Port)

を切り替えられるDRP (Dual-Role Port) となっているため、Type-Cでは明記されていなくても対応しています。

規格の確認

デバイスに実際に出力されている電圧や電流はテスターで確認できますが、それを簡単に測定できる機器があります。

ケーブルの結線やプルアップの抵抗値、それにE-markerの情報を読み出せる機器もあります。

ただしケーブルやデバイスの能力はメーカーの仕様書を確認すれば得られるため、それが開示されていないようなケーブルは使用しないのが簡単で安全です。

参考

≫USBケーブル

USB認証 (USB certification)

USB認証とは、USB-IF (USB Implementers Forum) による品質の認証テストです。News：米USB-IFが「USB 認証」ロゴ・プログラムを発表 (2000/11/17)

このテストには信号品質試験やデバイスとの互換性試験があり、この認証を得ている製品には公式ロゴを付けることができます。

認証の確認

Product Search | USB-IFで製品を検索することで、それが認証を得ているか確認できます。

  1. 初期状態では過去2年以内に認証された製品だけが対象となっているため、認証時期が確かでないならば[Show Calendar]から日付の範囲を広げる
  2. [Show Advanced Filters]をクリックして、フィルタの項目を増やす
  3. [Company]に企業名を入力する
  4. [Name]または[Model/Part Number]に製品名や型番を入力する
  5. [Filter]をクリックして、結果を確認する

登録されている名称が製品名と一致しないこともあるため、一致しないときには名前の一部を削除して部分一致させます。

ホットプラグ (hot plugging)

電源を入れたままケーブルなどを抜き差しできる仕組みで、活線挿抜またはホットスワップ (hot swapping) とも呼ばれます。

PCとの接続

デバイスドライバ

USBデバイスをPCと接続するには、そのデバイス用のデバイスドライバが必要となります。これを開発するのは手間なため、柏野政弘氏のUUSBD (Universal USB Driver) を利用するのが簡単です。

Download - UUSBD

HIDクラスを用いる方法

USBアイソレータ

USBの信号線および電源ラインを、電気的に絶縁できます。

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