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USB Type-C と USB 3.1 とは?

USB Type-C と USB 3.1 とは?

Black Box Explains

USB Implementers Forum(USB-IF)は、USB 3.0 を USB 3.1 Gen 1(3 回目の改訂版)へ改名し、USB 3.1 Gen 2 と USB Type-C と呼ばれる新しいコネクタとレセプタクルを導入しました。

新しいバージョンとコネクタ機能を理解するため、この記事で USB のオルタネートモードとその市場動向を学びましょう。


USB Type-C とは?


1 - USB Type-C の特長

  • 最大 40Gbps のデータレートに対応するリバーシブルコネクタ
    • 1 レーンあたり 10Gbps、合計 4 レーン
  • USB Type-C コネクタとレセプタクルは、小型(Micro-USB に匹敵)で耐久性があり、10,000 回抜き挿しが可能。24 ピンが対称的に配置され、コネクタに上下左右の区別なし
  • 最大 100W 給電
  • USB 2.0、3.1 Gen 1、3.1 Gen 2 対応
  • オルタネートモードに対応、コネクタとケーブルアセンブリ経由で USB データ以外も送信可能
  • さらに小型で優れた USB インタフェースが必要なコンピュータメーカーと携帯電話メーカーより、規格化の動き
  • ケーブルに電子的にマーキングされ、給電ネゴシエーションが可能
    • 対応外のケーブルに過度な電力を通さないようにと安全上の理由で実施されたものの、破損を起こすケースもあり
    • よりインテリジェントなケーブル仕様
  • USB Type-C ポートは、電源を供給かつ消費
    • フラッシュドライブを接続するために使用するポートは、ノート PC の充電にも使用可能
    • 給電モードで、スマートフォンとタブレットの充電がより高速に
  • ケーブルとコネクタに各種対応レベルあり
    • 例 - ポートやケーブルは USB 2.0 のみ対応、電源は供給不可
    • 機能対応レベルの識別が必要

2 - USB Type-C オルタネートモード

2.1 - DisplayPort のオルタネートモード

  • DisplayPort 1.3 仕様で最大 4Kp60 の 4:4:4 に対応
  • USB 3.1 Gen 2 と USB 2.0 の同時対応
  • 最大 100W の電力を転送
  • 米展示会 CES 2016 にて初のモニタ導入

2.2 - MHL(モバイル高解像度リンク)オルタネートモード

  • 単一データレーンで最大 4Kp60、superMHL 1.0 仕様 4 レーンで 8Kp60 に対応
  • 構成に応じて USB 2.0、3.1 に対応
  • 最大 100W 給電
  • 現在、このモードに対応する機器の市場流通なし

2.3 - Thunderbolt 3 オルタネートモード

  • 4Kp60 で動作する最大 2 台のディスプレイに対応
  • 構成に応じて PCIe 3.0、DisplayPort、USB 2.0、3.1 プロトコルを接続
  • 最大 100W 給電
  • Dell、Lenovo、Apple、HP 製ノート PC は、このオルタネートモードに対応した USB Type-C コネクタで出荷を開始

2.4 - HDMI オルタネートモード

  • HDMI 1.4b 仕様(4Kp30、4Kp60 4:2:0)対応
  • どの構成でも USB 3.1 データの同時対応は不可(USB 2.0 に限定)
  • 最大 100W 給電
  • 現在、このモードに対応する機器の市場流通なし

3 - USB Type-C 市場の動向

  • 携帯電話とノート PC での採用拡大
  • 一般的な機器に組み込まれた既存規格の代替としても利用が拡大
    • レガシー接続用アダプタ(USB A / B、DVI など)
    • フラッシュドライブ
    • ドッキングステーション
    • モニタ
  • 2017 年までに約 5 億台、2019 年までに 20 億台の機器の出荷を予想 (2015 IHS USB Type-C レポートより引用)
  • 2020 年までに合計 25 億台の機器を出荷予想 (2015 Global Industry Analysts Inc. レポートより引用)

USB 3.1 技術とは?

1 - USB 3.1 Gen 1 (以前は USB 3.0 と呼ばれる)

  • 5Gbps 帯域幅
  • 3.4Gbps 実効スループット
  • ダウンストリーム機器で 900mA の電源利用が可能
  • 全二重(USB 2.0 は半二重)
  • 最新の macOS、Linux、Windows OS で標準対応
  • USB 2.0 とは全く異なる
    USB 3.1 のデータと USB 2.0 のデータは完全に分離され、異なるコネクタとケーブルで動作

2 - USB 3.1 Gen 2

  • 10Gbps 帯域幅
  • 一般的に他社製のドライバとコントローラ(AsMedia など)で対応、2017 年 1 月時点では、Intel / AMD ホストで標準非対応
  • USB 3.1 Gen 1 に対し軽微なプロトコル変更、ただし下位互換性を維持

3 - USB 3.1 用途

  • 大容量ストレージ機器
    • ハードドライブ、Blu-Ray ドライブ、フラッシュドライブに搭載
    • USB 2.0 を超える、大幅なパフォーマンス向上
    • さらに大きなビデオ / 画像ファイルのサイズを補うための高速デバイス向けに利用
  • ビデオ会議
    ハードウェアコーデックを使用せずに 1080p60 以上の能力を持つ USB 3.1 PTZ カメラをサポート。すべての実装コストを削減し、ユーザは自分のデバイスで Skype、WebEx などに接続可能

  • マシンビジョン
    USB マシンビジョンカメラで、組立ラインでの製品分析向けに高解像度とフレームレートを持った費用対効果の高いソリューションを提供

4 - USB 3.1 コネクタのピン配置

USB 3.0 と 3.1 コネクタには、新しい SuperSpeed 性能に対応するためのインタフェースがあります。D+ と D- 接続は、電源とグランドに対応し、それ自体は以前と同様です。SuperSpeed データ転送のための新しいツイストペア平衡ドライバとレシーバがあり、レシーバ側では、StdA_SSRX+ と StdA_SSRX-、トランスミッタ側では、StdA_SSTX+ と StdA_SSTX- と呼ばれます。


ピン ラベル ワイヤ
1 VBUS
2 D-
3 D+
4 GND
5 StdA_SSRX-
6 StdA_SSRX+
7 GND_DRAIN
8 StdA_SSTX-
9 StdA_SSTX+

USB 規格の概要

USB タイプ スループット 通信方式 ピン数
1.X 1.5Mbit/s (Low speed)、
12Mbit/s (Full speed)
半二重、上下左右の区別あり 4
2 480Mbit/s (High Speed) 半二重、上下左右の区別あり 4~5
3 5Gbit/s (SuperSpeed) 全二重、上下左右の区別あり 9
3.1 / Gen2 10Gbit/s (SuperSpeed+) 全二重、上下左右の区別あり 9
Type-C 10Gbit/s (SuperSpeed+) 全二重、上下左右の区別なし 24



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