USB について

Jul 20, 2023

USB-C の驚くべき点の 1 つは、その高速機能です。 このピン配置により、4 つの高速差動ペアとさらにいくつかの低速差動ペアが提供され、1 セント硬貨よりも小さなコネクタを介して大量のデータを送信できるようになります。 すべてのデバイスがこの機能を利用できるわけではありませんし、またその必要もありません。USB-C は、太陽の下ですべてのポータブル デバイスがアクセスできるように設計されています。 ただし、高速ニーズのあるデバイスを USB-C 経由で公開する場合、USB-C がどれほど多くの機能を提供し、どれほどうまく機能するかは素晴らしいことです。

USB-C から高速インターフェイスを取得する機能は、代替モード (略して「altmode」) と呼ばれます。 現在遭遇できる代替モードは USB3、DisplayPort、Thunderbolt の 3 つですが、HDMI や VirtualLink のように忘れ去られてしまったものもあれば、USB4 のように今後登場するものもあります。 ほとんどの altmode は、PD チャネル経由で特定の種類のメッセージを使用したデジタル USB-C 通信を必要とします。 とはいえ、すべてがそうであるわけではありません。USB3 が最も単純です。 アルトモードの仕組みを見てみましょう。

ピン配置を見たことがあれば、高速ピンも見たことになります。 今日は、現在これらのピンからどのようなインターフェイスが得られるかを紹介したいと思います。 これは完全または広範なリストではありません。たとえば、USB4 のようなものについては説明しません。これは、私が USB4 を十分に理解しておらず、経験がないことも理由の 1 つです。 そして将来的には、USB-C を搭載した高速デバイスがさらに登場することは確実です。 さらに、USB-C は十分な柔軟性があるため、ハッカーが USB-C 準拠の方法でイーサネットや SATA を公開できる可能性があります。それを探している場合は、おそらくこの概要がそれを理解するのに役立ちます。

USB3 は非常にシンプルです。TX と RX のペアが 1 つずつあり、伝送速度は USB2 よりもはるかに高速ですが、ハッカーにとっては扱いやすいものです。 USB3 信号のインピーダンス制御を備えた多層 PCB を使用し、差分ペアを尊重すれば、USB3 接続は通常機能します。

USB3 over USB-C では、大きな変更はありません。ローテーションを処理するためのマルチプレクサが存在しますが、それだけです。 USB3 マルチプレクサは豊富にあるため、ボードに USB3 対応 USB-C を追加する場合は、ほとんど問題はありません。 スループットを向上させるために 2 つの USB3 リンクを並列に使用するデュアルリンク USB3 もありますが、通常、ハッカーはこれに遭遇することも必要とすることもありません。また、この領域は Thunderbolt によってより適切にカバーされる傾向があります。 USB3 デバイスを USB-C に変換したいですか? 本当に必要なのはマルチプレクサだけです。 高速デバイス用にボードに MicroUSB 3.0 コネクタを搭載することを考えている場合は、再考して代わりに USB-C ソケットと VL160 を搭載するよう、丁重に、しかし断固としてお願いします。

プラグを備えた USB3 デバイスを設計している場合は、回転処理のためのマルチプレクサさえ必要ありません。実際、回転検出も必要ありません。 USB-C ポートに直接接続する USB3 フラッシュドライブを構築したり、USB-C オス - USB-A 3.0 メス アダプタを作成したりするには、監視されていない 5.1 kΩ 抵抗 1 つで十分です。 ソケット側では、犠牲にする予備の USB3 接続がある場合、マルチプレクサの使用を避けることができますが、もちろん、それは素晴らしい取引ではありません。 私は、そのような接続が USB3 デュアルリンク対応であるかどうかを言えるほどデュアルリンク USB3 については知りませんが、「はい」よりも「いいえ」の方が答えられる可能性が高いと考えています。

DisplayPort (DP) は、高解像度ディスプレイを接続するための素晴らしいインターフェイスです。デスクトップ スペースでは HDMI を追い越し、eDP 形式で組み込みディスプレイ スペースを支配しており、1 本のケーブルで HDMI よりも優れた高解像度を提供します。 DP++ と呼ばれる規格を使用した安価なアダプターを使用して DVI または HDMI に変換でき、HDMI ほどロイヤルティの負担がありません。 特に SoC の DisplayPort トランスミッターの人気が高まっていることを考えると、VESA コンソーシアムが USB グループと協力して DisplayPort サポートを実装したことは理にかなっています。

HDMI または VGA 出力を備えたドックを使用している場合は、内部で DisplayPort altmode が使用されています。 モニターには DisplayPort over USB-C 入力が搭載されることが多くなり、MST と呼ばれる機能のおかげで、モニターをチェーンして 1 本のケーブルでマルチモニター構成を実現できます。ただし、Apple が拒否しているように Macbook を使用している場合は別です。 MacOS で MST をサポートします。