USBの「非」ユニバーサル技術を理解する

1990年代に民生用電子機器を扱っていたエンジニアであれば、標準的なデータおよび電源接続が存在しなかったために生じた問題をよくご存じでしょう。今でも引き出しの中を見るとさまざまな形状やサイズのケーブルがあるのは、ユニバーサルシリアルバス（USB）が存在しなかった時代があったからなのでしょう。

USB-Cレセプタクルコネクタ。（画像：DigiKey、Amphenol ICC）

USBの「ユニバーサル」という名称は、利用可能なオプションの多さを考えると、語弊があるように感じられるかもしれません。USBが開発される前は、各企業やモデルごとに独自の電源やデータ接続が採用されていました。時間はかかりましたが、USBは、コネクタ市場全体を大幅に縮小しました。現在、USB-Cが真のユニバーサルUSBになる可能性があるため、エンジニアはさらなる簡素化を目指しています。

さまざまなUSBオプションについてはどうでしょうか？

USB対応の電子機器を設計する際、エンジニアは依然としてさまざまな決定を下す必要があります。知っておくべき基本事項を以下にまとめます。まず、USBは4つの異なるカテゴリに分類されます。

1. プラグ（別名コネクタ）：他のデバイスに挿入するUSBケーブル/デバイスの物理的な部品
2. ポート：プラグが挿入されるデバイスの部品
3. タイプ：USBプラグおよび/またはポートの物理的な形状を定義
4. バージョン：デバイスが対応している特定のUSBプロトコル

かつてプラグにはType-AとType-Bしかありませんでした。

USB-Aレセプタクルコネクタ。（画像：DigiKey、Amphenol ICC）

Type Aは時を経ても使用され続けるように思われ、新しいバージョンは下位互換性がありました。しかし、各バージョンではポートの色が変更され、ピンが追加されました（データおよび充電速度の向上のため）。そして今、この象徴的なUSBプラグはType-Cに置き換えられつつあります。

USBバージョン1.0～2.0（左）およびバージョン3.0～3.2（右）用のUSB-Bレセプタクルコネクタ。（画像：DigiKey、On Shore Technology Inc.［左］、Amphenol ICC［右］）

Type Bは一般的ではなく、プリンタなどの大型電子機器用として使用されています。USBのバージョンが異なると、大型のType-Bポートとプラグの形状が変わります。

大型のUSBプラグは、USB mini-A、micro-A、mini-B、micro-Bが登場したことにより、最終的に標準サイズと呼ばれるようになりました。ホストデバイスが小型でない限り、ほとんどの電子機器ではStandard Type-Aプラグとポートが使用されたため、mini-Aとmicro-Aは稀な存在となりました。ほとんどの周辺機器では、mini-Bまたはmicro-Bが（その時にどちらが利用可能かに基づいて）使用されてきました。実際、USB mini-Bとmicro-Bは、俗に「mini-USB」と「micro-USB」と呼ばれることが多いです。

USB mini-Bレセプタクルコネクタ（左）とUSB micro-Bレセプタクルコネクタ（右）。（画像：DigiKey、Hirose Electric Co Ltd [左]、Amphenol ICC [右]）

以前のバージョンと同様に、micro-BはUSBバージョン3.2で動作する際に形状が変わりますが、このmicro-Bもまた珍しいものです。

USBバージョン3.2 micro-Bレセプタクルコネクタ（画像：DigiKey、Amphenol ICC）

以前のUSBコードは、一方の端がType-A、もう一方の端がType-B（Standard、mini、microのいずれか）であることがほとんどでした。これは、USBデータ伝送は常に双方向でしたが、電源供給はホストデバイス（Type-Aポート）から周辺機器（Type-Bポート）にのみ行われていたためです。USB4とUSB4 2.0の最新バージョンでは、電源は双方向であるため、ホストと周辺機器の両方でUSB-Cを使用する必要があります。

電子機器の開発において、エンジニアはどのUSBオプションを選択すべきでしょうか？

答えは、アプリケーションによって異なります。

Standard USB-Aは現在でも広く使用されています。そのため、下位互換性が懸念される場合は、このオプションを利用できることが最善です。

高速充電と高速データレートを実現するには、USB-Cが最適なオプションです。これは、USB-Cが、48Vおよび5Aで40Gbpsおよび240Wを維持しながら双方向で充電できるためです。USB-Cは真のユニバーサルUSBオプションともいえます。ホストデバイスと周辺機器で使用できます。そのコードは双方向です。また、ポートは完全にリバーシブルで、上下が逆になることはありません。現在のUSBバージョンに対応している唯一のポートであるため、この技術の未来を象徴するものでもあります。実際、その人気は高まり、USB充電器やホストデバイスではType-Aが選ばれなくなっています。

しかし、エンジニアリングは常に将来性や下位互換性を考慮しているわけではありません。コスト、部品の入手可能性、レガシーシステムが決定要因となります。最終的な決定を下す際には、以下の表が役立つでしょう。

結論として、USBの「U」は、このコネクタがまだユニバーサルではないことを意味します。そのため、設計上の決定には考慮が必要です。データ転送速度、電力伝送仕様、コネクタのサイズはすべて、設計に適したUSB仕様を選択する際に考慮すべき要素となります。