USB TYPE C
USB Type Cは、USBデバイスとケーブルのためのリバーシブルプラグコネクタの仕様です。 USB Type Cの重要な利点は、USB4, USB 3.2, 3.1, USB 3.0, USB 2.0, Thunderbolt Technologyに対応していることです。 USB Type Cポートは、電源、データ、ビデオ信号を出力できる「AlternateModes」を使用してさまざまなプロトコルに対応し、HDMI、VGA、DisplayPort、その他の接続タイプを1つのUSBポートから出力できるアダプタを使用することが可能です。これにより、将来のデバイスは、1つの出力から複数の出力ソリューションを提供できるよう、設計を合理化することができます。

USBのバージョン履歴
1990年代に開発されたUSBは、現在最も成功したコンピューティング・インターフェースとなりました。規格の進化により、1.5Mbpsから40Gbpsまでスループットが向上しました。

1998年 USB 1.x Low Speed LS 1.5Mbps Full Speed FS 12Mbps
2000年 USB 2.0 High Speed HS 480Mbps FS/LS
2001 USB on the Go USB 2.0 OTG マスター/スレーブ設定可能
2008年 USB 3.0 USB 3.1 Gen1 Super Speed SS 5Gbps / HS/ FS/ LS
2013年 USB 3.1 Gen2 Super Speed + SS+ 10Gbps SS/HS/FS/LS
2014年 USB 3.2 Gen2 Super Speed + SS+ 10GbpsとGen2x2(Dual Lane)で20Gbps SS/HS/FS/LS
2017年 USB Type C USB 10Gbps DP 8.1GbpsとPower 100W
2019年 USB4はUSB-Cコネクタが必要

USBバッテリー充電 – BC 1.2
USBバッテリー充電技術は、1つは安全にバッテリー充電機能をサポートする特定のUSBポートを介してモバイルデバイスを充電できることを保証します。
以前は、バッテリーと充電機能を持つUSBポータブルデバイスは、何のコントロールもなくUSBポートから電力を取るだけでした。2010年末に導入された「BC 1.2」では、ポータブルデバイスはより多くの電力を得ることができ、バッテリーはより速く充電することができます。ポータブルデバイスがBC 1.2仕様に準拠し、充電用ダウンストリームポートと通信し、専用充電器を識別し、USBデバイスとして機能し続けることを確認することが重要です。

Power Deliveryとは
コンピュータのマウスなど、一部の外部デバイスは、動作するためにUSBポートから何らかの電力を必要とします。この電力は、標準的なUSB接続によって供給することができます。USB 1.0と2.0が供給できるデフォルトの電力は2.5W(5V、0.5A)、USB 3.0と3.1は4.5W(5V、0.9A)、USB 3.2は7.5W(5V、1.5A)で、USB 4は240Wを供給することが可能です。より大きな電力を必要とする外部デバイスのために、さまざまな技術が開発されています。ここで重要なのは、以下の2つの技術を区別することです。「USB Power Delivery」と「USB バッテリー充電」です。
USB Power Delivery (PD):Power Deliveryは、USB2.0、3.x、4で同様に動作し、ソースデバイスから最大240Wの電力を引き出すことができます。電力は、同じケーブルを通してデータと同時に転送することができます。この技術の目的は、ノートパソコン、タブレット、USBドライブ、および同様の高電力家電製品に対して、均一で安定した充電を可能にすることです。なお、最大240WのPower Deliveryを安全に接続するためには、Club 3D CAC-1573のようなE-Marker Chip搭載のアクティブ USB Type C ケーブルの使用が推奨されます。USB PD3.1は、異なるプロファイルで定義されており、各メーカーが使用する構成に依存します。

USB Charging Table

Release
name
Release
date
Max.
power
Note
USB Battery Charging 1.03/8/075 V, ? A
USB Battery Charging 1.14/15/095 V, 1.8 AUSB2.0’s standard-A Port, 1.5A only
USB Battery Charging 1.212/7/105 V, 5 A
USB Power Delivery revision 1.0 (version 1.0)7/5/1220 V, 5 AUsing FSK protocol over bus power (VBUS)
USB Power Delivery
revision 1.0 (version 1.3)3/11/1420 V, 5 A
USB Type-C rev1.08/11/145 V, 3 ANew connector and cable specification
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.0)8/11/1420 V, 5 AUsing BMC protocol over communication channel(CC) on USB-C cables
USB Type-C rev1.14/3/155 V, 3 A
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.1)5/7/1520 V, 5 A
USB Type-C rev1.23/25/165 V, 3 A
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.2)3/25/1620 V, 5 A
USB Power Delivery revision 2.0 (version 1.3)1/12/1720 V, 5 A
USB Power Delivery revision 3.0 (version 1.1)1/12/1720 V, 5 A
USB Type-C rev1.37/14/175 V, 3 A
USB Power Delivery revision 3.0 (version 1.2)6/21/1820 V, 5 A
USB Type-C rev1.43/29/195 V, 3 A
USB Type-C rev2.08/29/195 V, 3 AEnabling USB4 over USB Type-C connectors and cables
USB Power Delivery revision 3.0 (version 2.0)8/29/1920 V, 5 A
USB Power Delivery revision 3.15/26/2148 V, 5 A

FRSを理解する – Fast-Role-Swap
外部電源(図A)
外部電源(充電器)を使用する場合、電力はUSB Power Delivery Dockを通して流れ、ホストであるノートパソコンを充電します。これは、FRS信号(USB PDの定義の一部)の状態によって実現されます。
図Aでは、FRS信号の方向が赤色で示されています。電源が(何らかの理由で)電力を失った場合、FRS信号が切り替わり、その信号はPD対応ドックからホストに渡されます。ホストはこの変化を認識し、Dockにこの信号を戻し、電源の流れを充電から電源供給へと戻します(図B)。

略称

略称の意味
CC:Configuration ChannelPD:Power Delivery
DFP:Downstream Facing PortPPS:Programmable Power Supply
DRP:Dual Role PortUFP:Upstream Facing Port
FSR:Fast Role SwapUSB:Universal Serial Bus

FRSパワーチャージ例

GaN:窒化ガリウムの秘密
ご存知のように、現在のコンピュータはシリコンチップでできています。これは、シリコンが広く入手可能な元素であり、比較的容易に加工できたからである。また、シリコンは電気的特性を調整できるため、半導体として優れています。しかし、窒化ガリウム(GaN)は、シリコンに代わる新しい優れた材料であることが発見されました。この材料は、シリコンと比較して、より高い電圧をより長い時間伝導することに優れています。また、電流の流れも速く、高速処理が可能です。この導電性の良さが、効率の良さにつながっているのです。シリコンのトランジスタに比べて、同じ出力を得るのに、それほど多くのエネルギーを必要としないからです。また、エネルギーが少なければ熱も少ないので、より高密度でコンパクトなチップを作ることができるようになりました。GaNチップは電圧容量が大きく、熱に強いので、電力伝送の用途に最適です。これらの特性により、GaNは充電技術に最適なのです。シリコンチップと同じ電力を省スペースで出力でき、高ワット数でも発熱が少なく、電力効率に優れている。そのため、現在使っている充電器と同じ大きさで、複数の機器を急速充電できる小型のGaN充電器が販売されているのです。

なぜ窒化ガリウムはシリコンより優れているのか?
素人目には、窒化ガリウムはシリコンよりも高い電圧を早く通すことができる結晶のような物質で す。しかし、もっと深く技術に踏み込むと、物理の知識はほとんど必要ないかもしれません。
シリコンと比較した場合のGaNの利点は、電力効率に集約されます。これは、固体中の電子が存在できないエネルギー領域のことです。簡単に言うと、バンドギャップは、その固体がどれだけ電気を通すかに関係します。シリコンのバンドギャップが1.12eVであるのに対し、窒化ガリウムのバンドギャップは3.4eVである。シリコンのバンドギャップが1.12eVであるのに対し、窒化ガリウムは3.4eVと、1,000倍以上の電子伝導効率がある。バンドギャップ効率が高いということは、シリコンよりもGaNチップの方が電流を速く流せるということです。

GaN USBチャージャーのメリット
GaN充電器の利点は、単純で明白に思えるかもしれません。これらの壁掛け充電器は、シリコン充電器よりも物理的に小さくなる傾向があります。これは、窒化ガリウムがシリコンのような部品を必要とせず、サポートしているからにほかなりません。
平均して、標準的なシリコンの1A出力よりも最大2.5倍速くデバイスを充電することができます。

GaNチャージャーとは
GaN充電器は、スマートフォンからラップトップまで、すべてのUSB Type-Aおよび-Cデバイスに電力を供給することができます。

GaNチャージャーを購入する理由
GaN充電器を購入する主な理由は、電流の伝達効率が高いことです。窒化ガリウムで作られた充電器は、同様に長持ちする傾向があります。これは、より多くのエネルギーをデバイスに投入できることを意味し、スマートフォンやその他のデバイスの充電にかかる時間を短縮することができます。
プラスチックなどの材料の消費の削減は、より小さな部品でより大きな電力供給を管理できる、いわゆる電力密度の増加によって達成されます。高い電力密度は、リサイクルや環境コストも削減します。
すべての電源アダプターの効率が1%以上向上した場合、世界で約90テラワット時(平均的な大きさの原子力発電所12基分に相当)のエネルギーを節約でき、さらに、世界で10億個の充電器にGaN技術を採用した場合、約20万トンのプラスチックや原材料を節約することができると言われています。

USB 3.1とは
「USB」はUniversal Serial Busの略で、「3.1」は最近リリースされた規格であり、準拠している技術と仕様を示しています。
USB Type CはUSB3.1と同じではありません– USB Type Cは単なるコネクタの形状であり、基盤となるテクノロジーはUSB 2.0、3.x になります。
さらに、異なるUSB Type-C 3.1バージョン「Gen1」と「Gen2」があります。
USB Type-C 3.1 Gen 1は、使用されるUSBテクノロジーがUSB3.0(5Gbps)のようなものであることを意味します
USB Type-C 3.1 Gen 2は、使用されているテクノロジーがUSB 3.1 over 2レーン(10Gbps)であることを意味します。
USB 3.1 Type-C(Gen2)経由でビデオ信号を送信できるようにするにはソースデバイス(PC /ラップトップ)は、DisplayPort Alternate Modeをサポートする必要があります。Thunderbolt3にもUSB Type Cコネクタが付属していますが、USB 3.1 Type C Gen2とは異なります。

USBグラフィックとは何ですか?
USB Graphicテクノロジーは、標準的なUSBコネクターやケーブルを使って、ほとんどすべての種類のディスプレイを接続できるようにするものです。USB Graphicsテクノロジーは、USBタイプCでのみ利用可能です。ソフトウェアをインストールし、デバイスを接続するだけで、数秒後には新しいモニター、ドッキングステーション、プロジェクターがPCに接続されます。PCやMacにディスプレイを追加する最も簡単な方法は、これしかありません。Club3Dは、ユニバーサルUSBドッキングステーションからUSBグラフィックアダプタまで、幅広い製品を提供しています。

Appleユーザーの場合:Appleのディスプレイ設定では解像度が非表示になるため、Appleディスプレイの解像度インターフェイスのオプションボタンを押したまま、解像度インターフェイスのズーム位置をクリックして非表示の解像度を表示してください。その後、実際の解像度を確認してください。

ビデオパフォーマンス
USBグラフィックは、HDビデオ再生と3Dレンダリングのすべての困難な作業をデバイスのGPUにオフロードします。 GPUのパフォーマンスが良ければ、4Kモニターでゲームをプレイすることもできます。
USBグラフィックはHDCPのサポートを提供します。つまり、最新のHDムービーを視聴しようとしたときに空白の画面が表示されることはありません。

真のディテールを発見する
4K(Ultra High Definition:UHD)は、1080pフルHDの4倍(200万画素に対して800万画素)のディテールを実現し、より鮮明で繊細な画像と高い質感をもたらします。USBポートがあれば、これらの技術を利用することができます。

USB4について
新世代のUSB4™テクノロジーは、より高速なデータ性能、より優れた充電体験、相互運用性の利便性、そして認定された信頼性を提供します。
USB4™ソリューションの主な特徴として、2レーン動作と40Gbps認証ケーブルでの最大40Gbps動作が挙げられます。複数のデータおよび表示プロトコルが、バス上で利用可能な総帯域幅を効率的に共有します。USB4™アーキテクチャは、1つの高速リンクを複数のエンドデバイスで動的に共有する方法を定義しており、タイプやアプリケーションによって最適なデータ転送を実現します。

まとめ – 帯域幅と速度の比較

帯域幅と速度の比較
帯域幅とは、データ転送に使用できる容量のことです。速度は、伝送路を通過するデータの転送速度です。
最大量
帯域幅は、伝送媒体などの特性により、より高い値になることがあります。あるネットワークにおいて、接続の速度はネットワーク接続の帯域幅より高くはできません。
測定単位
通信の帯域幅の測定はHz、ネットワーク接続の場合はbpsです。速度の測定はbpsです。
プロセッサー内部のバスを介した通信
帯域幅は、バスを介して伝送されるデータ量。速度はバスのクロックレート。

USBの種類と呼称

USB4の特徴

  • 最大40Gbpsの帯域幅
  • 最大240Wのパワーデリバリー
  • EマークIC
  • より多くのプロトコル、DisplayPort™、PCI expressに対応
  • Type-Cケーブルのみ
  • 2、USB2.0、Thunderbolt™ 3との下位互換性(結果としての接続は、接続されるデバイスの最高の相互能力に合わせて拡張されます。)
  • USB-IF認定

USB4転送速度
40GB/sのデータ帯域幅|Thunderbolt 3対応|ダイナミックな帯域共有|240W Power Delivery

USB4のメリット

帯域幅と速度の違い
帯域幅とデータ転送速度が同義で使用されているのを見かけることがあります。これらは関連性がありますが、2つの非常に異なる測定値を指しています。ここでは、その違いについて説明します。帯域幅と速度の主な違いは、帯域幅がデータ転送に使用できる容量であるのに対し、速度はデータ転送速度であることです。
帯域幅 帯域幅は、一定時間内に転送できる潜在的な最大データ量です。帯域幅は、その帯域幅を使用するすべてのユーザー間で共有されます。
データ転送速度 データ転送速度は、一定時間内にある場所から別の場所に転送される実際のデータ量です。最も一般的な例は、複数のイーサネット接続を1つのインターフェースに結合したリンクアグリゲーションです。帯域幅は接続の合計ですが、速度は物理的なネットワーク接続によって決定されます。

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