みなさんこんにちは。第一技術部システム設計課の尾中です。
今回のブログではUSBの種類とコンプライアンステスト(USBの規格に関して認証に必要となる評価)というものについてお話しさせていただきます。
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現在、USBはとても身近なものであり、マウス、USBメモリ、その他PCの周辺機器との接続、また携帯の充電器と多くの機器に用いられています。
(1)USBの形状について
USBといわれると私は最初にUSBメモリを思い浮かべます。
USBメモリの接続部分を思い浮かべてみて下さい…
下図のUSB Type-Aといわれる形状がそれですよね。USB Type-Aは、PCに直接接続するUSBメモリやマウスなどの機器に広く使われていると思います。USB Type-AといわれるようにUSBにはほかにも形状があります。
上図のようにUSBには様々な形状がありますが、このように形状の違いがあるのは機器同士のつなぎ間違えがないようにするためです。USBケーブルとしてはType-AとType-Bの組み合わせが基本です。機器の小型化が進んでおり、Mini、Microといった接続部が小さくなっているものもあります。近年では某A社のライトニングケーブルや、Type-Cといわれる形状も出てきました。
(2)USBの規格について
USB 2.0とかUSB 3.0というワードをどこかで見たことはないでしょうか？これはUSBに適用される規格のことでデータの転送速度もこの規格の中の一つです。このようにUSBには規格があり、規格によって転送速度が違ってきます。
周辺機器の性能の向上に合わせて、USBも進化してきました。時代の変化に伴い、転送速度の高速化が求められており、現在発表されているUSB4規格では40 Gbpsものスピードでデータのやり取りができるようになります。しかし、現在ではまだUSB2.0規格が主流であるため、今後USB3.0以降の規格に対応した機器が増えていくことを楽しみにしたいです。
(3)USBのコンプライアンステスト
USBのコンプライアンステストとは機器としてUSBを用いて通信する際に(2)で説明した規格を満足し、フルスペックで使えるのかを確認するものです。このテストと審査に合格することでUSB規格に準拠していることの証明にロゴマークが使用できます。このロゴマークがついていないものは機器間の通信ができていたとしても信号品質や、転送速度に異常がある可能性があります。
コンプライアンステストでは実際どのようなテストをしているのかを一部説明させていただきます。
私が過去に対応させていただいた評価で、アイパターンを用いた伝送特性の確認についてです。
USBは基本的に電源(Vbus)とGND、差動データライン2本(D+、D-)の4本の線で構成されており、データは差動で伝送しています。この差動信号を1ビットごとに重ねて作成したものがアイパターンになります。
そのアイパターンのジッタ、ノイズ、周波数などを確認します。USBの規格ごとに満足すべきアイパターンのテンプレート（右側図の中央の六角形）があり、これに重ならないことを満足することで伝送特性がUSB規格に準拠していることの証明となります。
以上、簡単にではございますがUSBについて説明させていただきました。
WTIでは様々な分野の設計や開発を行っており、各分野のプロフェッショナルが多数在籍しています。
もちろんUSBを応用したシステムも開発しております。設計・開発について不明な点、課題などがありましたら気軽にご相談ください。
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