自称コーポレートエンジニアのUSBケーブル分類

この記事は、NFLaboratories Advent Calendar 2024*1 14 日目の記事です。

こんにちは、研究開発部　自称コーポレートITエンジニアの橋本です。

弊社は事業所で充電器やディスプレイの貸出をしています。
しかし、創業から5年が経過し、いろんな時期に購入した性能不明のUSBケーブルが増えてきました。

「お借りしたUSBケーブルだとディスプレイ映りませんでした！」なんてことも😱

巷では「Thunderbolt 4 *2 ケーブル最強説 *3 」の声も聴かれますので、今のケーブルを全て捨ててThunderbolt 4ケーブルに買い替えるのがシンプルかつ最強のソリューションかもしれません。

が、それだと~~仕事と称して面白そうな測定器で遊べないので~~サステナビリティ *4 を標榜しているNTTグループの一員として良くないので、本記事では「筆者が一生懸命USBケーブルを仕分けをした話」を書いていこうと思います！

USBケーブルを仕分けしていく前に、必要な基礎知識を記載していこうと思います。

注：筆者はUSBケーブルの専門家ではありません。必要に応じてUSB-IF *5 等の一次情報をご参照ください。

USBホスト：通信を制御する側（例：パソコン）。
USBデバイス：ホストからの指示に従い動作する側（例：プリンタ）。
USBコネクタ： Type-A（通称）、Type-B（通称）、Type-Cに大別される。
- レセプタ：コネクタの「受け側」部分、いわゆる「メス側コネクタ」。
- プラグ：コネクタの「挿し込み側」部分、いわゆる「オス側コネクタ」。
USBケーブル：ホストとデバイスを繋ぐ。両端にプラグ（orレセプタ）を備える。
eMarker：ケーブル内臓のIC。ケーブルに関する情報を応答する。
Alternate Modes： USB Type-Cケーブルの高速通信線を用いてUSB以外のプロトコルで通信を行う（例：DisplayPort Alternate Mode , Thunderbolt 3 等）。

USBホスト側で利用されるコネクタです。

「USB 3.1 Standard-A」の奥側にUSB3.X通信用のピンが増設されています。

USBデバイス側で利用されるコネクタです。

「USB 3.1 Standard-B」は上側、「USB 3.1 Micro-B」は右側にUSB3.X通信用のピンが増設されています。

Mini-BはUSB3.X通信用のコネクタ規格が規定されておらず、USB2.0のみです。

ホストとデバイスどちらにも利用可能なコネクタです。
また、上下が自動で識別されるので反転して差し込んでも利用可能です。

ピンアサイン

Type-Cケーブルを識別する際に「ピンアサイン」と「ピンの用途」の知識が必用となるため、以下に概要を記載します。

USB-IFのドキュメントに規定されているType-Cケーブルは「USB Full-Featuredケーブル」と「USB2.0ケーブル」の二種類のみ（※）です。

また、以下の通り線長制限とeMarkerの要否が規定されています。

※両端がType-Cのケーブルは二種類のみですが、他にもType-AやType-Bへの変換が規定されています。

USB3.X以降は「名称と通信速度」の関係がやや複雑です。
Genの部分で通信速度が決まるので、そこで見極めましょう。

USB Power Deliveryという規格が定められており、最新のRevision3.2では最大240Wまで供給可能です。

Fixed Supply：電圧、電流を固定して給電する方式
- Standard Power Range (SPR)：最大100W。5Aでの給電は5A対応ケーブル要。電流（3A or 5A）、電圧（5V～20V）。
- Extended Power Range (EPR)：最大240W。EPR対応ケーブル要。電流（3A or 5A）、電圧（5V～48V）。
Programmable Power Supply (PPS)：状況に応じて電圧、電流を変化させて給電する方式

詳細は割愛しますが、他にもQuick Chargeやベンダ独自規格等の多くの給電規格があります。

USB3.Xに利用する高速通信線（TX+,TX-,RX+,RX-）とサイドバンド線（SBU）へDisplay Portの通信プロトコルを流して使用します。

高速通信線4レーン全てを使うモードと2レーンを使うモードがあります。

基礎知識をまとめる上で参考にした仕様です。

Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification Release 2.4
Universal Serial Bus Power Delivery Specification Revision 3.2 Version 1.1
USB 3.1 Legacy Cable and Connector Specification Revision 1.0
Universal Serial Bus Micro-USB Cables and Connectors Specification Revision 1.01