みるめも

【保存版】USBの全てを今度こそ完璧に理解したいあなたへ:規格/端子,Type-C/TB3,電圧/PDなどを徹底解説!!

【保存版】USBの全てを今度こそ完璧に理解したいあなたへ:規格/端子,Type-C/TB3,電圧/PDなどを徹底解説!!
みるみ
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みるみ

気付いたらなぜか街のパソコン屋さんみたいになっていた人。3歳でMS-DOSをオモチャにPCデビュー。

一応本業もエンジニアなので、組み込み系、デスクトップアプリ、Webアプリなどのプログラミングができます。

この記事では、今まで僕が培ってきた総力を挙げてUSBについて解説をしています。

  • USBケーブルやパソコン選びのときに調べてみたけど意味不明
  • 今まで何度調べても結局覚えることができず、毎度毎度同じことを調べてしまう
  • そもそもUSBって結局なんなの!??!!?(怒)

という方に絶対に読んで欲しいこの記事!
今まであなたが読んできたどんなUSB解説記事よりも分かりやすく説明します!!

マジで分かりやすさ日本一目指してます。

みるみ
みるみ

冗談抜きで、この記事を読んだら誰よりもUSBに詳しくなれると思います。

今回の話のタネは本業の方の仕事で、それによって僕がクリアに理解することができたプロセスをこの記事でも再現してみようというのが主な趣旨です。

「どうやったら少しでも分かりやすく伝えられるか?」について思慮を重ね、長い時間をかけて見出しの構成を考えました。

USBに関する理解は、説明の内容よりもこの「解説の粒度と構造」が何より大切であるというのが僕の考えです。ここを見失わければみなさんもスッキリ理解できるはず!

死ぬほど長い記事ですが(文庫本の半分くらいの文字数があります)、永久保存版としてブックマークなども検討していただけますと幸いです。

というわけで下記にジャンプ可能な目次も用意してはいるんですけど、全体の構成を理解していただくのがかなり大切だと思っていますので、まずは順番に読み進めてもらえると嬉しいです。

はじめに:USBの理解はこの3本柱をベースにすると分かりやすい!

まずはじめに。

USBの全てについて理解を深めるためには、以下 3つ の観点で見ていくのが最も適切だと考えています。

  1. 「規格」と「端子」の関係
  2. Type-Cという端子について
  3. 電源・電圧など充電について

とにかくこの3つの分類が大事。

これらが頭に入っている、つまり区切りを理解しながら読んでいけることで、それぞれの要素がごちゃごちゃにならずスッキリと分かっていけるはずなんです。僕が今回ちゃんと理解できたのもこれがあったからなので、みなさんもきっとそうなはず。

USB理解のための3つの要素

本記事中に出てくる このような図解イラストや表などは、全てクリック/タップで拡大が可能です!

というわけで、この記事も以上の3要素(+「まとめ」と「おまけ」)という大きな見出しを軸にして進めていきます。なるべく「今はどこの説明なのか?」を見失わないような解説を心がけますので、良ければぜひ最後までお付き合いください。

1.「USB規格」と「USB端子」の関係を知る

まずは、話の根幹ともなる「USB規格」と「USB端子」について。ここが一番知りたい目的になっている人も多いでしょう。

先ほどの「3つの大事な要素」のうち1つめですね。

  1. 「規格」と「端子」の関係
     ↑今からココ!
  2. Type-Cという端子について
  3. 電源・電圧など充電について

なお、ここで言う「規格」と「端子」とはそれぞれ

  • 規格:「2.0」や「3.0」などよく聞くアレ
  • 端子:「Micro-B」や「Type-C」などよく聞くアレ

という意味合いです。

USBの「規格」と「端子」とは

で、一番最初に超重要なことを言います。

「USBの規格と端子は全然関係ない」から!!
まずその混同をやめて!!!

です。

おそらくほとんどの人が勘違いしている点だと思っていて(実感あり)、それが起因してUSBというものがよく分からなくなっているのだと考えてます。

というわけで、まずは「"規格"と"端子"は別物」という考え方を念頭に置いてこの先を読んでみてください。

なお、この第1章(3つの柱の1つめ)では充電や電力に関する記載は省略しています。それは第3章で。

1-1.USBの「規格」について徹底的に整理する

まずは「規格」から。

とりあえず、試行錯誤を重ねて作り上げた以下の表をご覧ください。
今回の記事のメインにもなる部分ですのでここはとても重要です。

※色々考えた末、画像として用意しました。以降この記事に登場する全ての表が同様に画像化されています。スマホで拡大して見るのはもちろん、ダウンロードして普段からのご利用などにもどうぞ。

USB規格ごとの名称と含まれる端子形状について

この表は、USBの世界標準団体「USB-IF」が発行している仕様書を確認しながら作成しています(USB.org)。その他信頼できるソースもいくつか参照しています。

上記表では下記のようなページを特に参考にしました。

この表について、特に重要なポイントとなる部分を以下に4つ挙げます。

  1. USBの名称(バージョン番号)は途中で何度か変わっており、現在は呼び名が入り乱れまくっていてカオス
  2. 「愛称」はどうでもいいので覚えなくてヨシ(これもコロコロ変わるしソースによって微妙に表記ゆれがある)
  3. 規格のバージョンによって定義されている端子が全然違うことに注目!(紫字は仕様として定義されてはいるけどレアすぎて実質見かけないもの)
  4. 現状で僕らが気にするべきは、緑色に着色したUSB 2.0/USB 3.0/USB 3.1のみでOKです。これ以外は製品自体も市場にほぼありません。

過不足なく必要な情報をこの表に全てまとめられたと思っていますので、以上4つの注意点を気にしながらぜひゆっくり見てみてください。

細かい内容についてはこのあとそれぞれの規格ごとの説明部分で解説します。

みるみ
みるみ

端子の観点での説明はさらにその次からですよ~。

なお、以降この記事では上記表の「実際の通称」の部分の名称を使って説明を進めていきます。

つまり、

  • 単に「USB 3.0」と言ったときは新称での「USB 3.2 Gen1x1」のこと
  • 単に「USB 3.1」と言ったときは新称での「USB 3.2 Gen2x1」のこと
  • 単に「USB 3.2」と言ったときは新称での「USB 3.2 Gen1x2」、もしくは「USB 3.2 Gen2x2」のこと

を指すこととします。さっきの表で言うとこう。

focus-on-3-0-3-1-and-3-2-name-usb-table

「USB 3.2」の行は4つもあって意味不明だと思いますが、それについてはこの後でしっかり説明しますのでご安心を。

その他USB 2.0などは途中で名称も変わっていないので普通に呼んでます。

ここに関する説明が明らかに欠如したままUSBに関する説明をしているサイトが多いので、おそらくどれを読んでも「結局なんなの???」となってしまうユーザーさんも多いのだと思っています。

では規格ごとの解説へ行ってみましょう!

1-1-1.USB 1.0、USB 1.1

usb-1-0-and-usb-1-1-logo-mark

仕様発行日1996年1月(1.0)、1998年9月(1.1)
最大データ転送速度12M[bps]
最大伝送距離5m

はじめて登場したUSBの規格。

ロゴは上の画像の左側がUSB 1.0の登場時に制定されたもの、右側がUSB 1.1のときに生まれたもの。左のは今でも馴染みがありますね。

Windowsではもちろん、ハードウェア的にもUSBとしてちゃんと動かせるものはまだまだ少なかった時代です。

特に1.0の頃は正式サポートというには程遠く、どのPCメーカーやデバイスメーカーも「動作は保証しません」のアナウンスをするのが普通という状態でした。

それが1.1になると「Windows正式対応」となり、少しずつ普及を見せ始めました。

ちなみに1.0と1.1では規格自体の内容はほぼ変わりません。電源系の仕様を少し整理したくらいに留まっています。

usb-1-1type-a-cable

見た目は普通。色の差異などはなく、2.0との区別は外観だけでは難しいです(ただし市場に製品はほぼ出回っていないので気にしなくてOK)。

USB 1.0、1.1に対応している端子について

一番はじめに策定されたUSB 1.0/1.1時代では、基本となるType-A、Type-Bしか定義されませんでした。仕様書を見る限りUSB 1.0/1.1ではおそらく「Mini」と「Micro」は定義されていません(仕様書に記載なし&USB 2.0以降ではしっかりと明記されている)。

usb-1-0-and-1-1-specification-plugs

USB 1.0/1.1時代の仕様書より。見慣れた2つのプラグがあるのが分かりますね。

また、これら「Mini」でも「Micro」でもない標準タイプのType-AやType-Bは「Standard-A」「Standard-B」とも呼ばれていることはぜひ知っておきましょう。

※そもそも「Type-A」や「Type-B」といった呼び名は公式では存在していないと思われます(「C」だけは「Type-C」と発表されている)。ただし、この記事内でも分かりやすくするために使っているところは何ヶ所かあります。

1-1-2.USB 2.0

usb-2-0-logo-mark

仕様発行日2000年4月
最大データ転送速度480M[bps]
最大伝送距離5m、4m(Type-C)

2020年現在でもおそらく最も対応製品の流通量が多い規格。

ハード・ソフト問わず対応の幅が広がったことはもちろん、転送速度など技術的なランクが一気に底上げされたことがその普及を手伝いました。

また、2.0から「Mini」や「Micro」など標準のA/Bのシリーズとなるおなじみの端子も追加されています。

usb-mini-b-and-micro-b-cable

左がMini-B端子、右がMicro-B端子。

よく電気製品で見かける「USB 2.0以上」という推奨仕様の記載は、前述したUSB 1.0/1.1時代での動作保証難の件によるもののこと。規格的には問題なく普通に使えるはずなんですけどね…。

現在主流の「USBというもの」は2.0以上じゃないと正式な扱いじゃないよ、という感じで覚えておくといいかも。

USB 2.0に対応している端子について

USB 1.0/1.1の時代から続くStandard-A、Standard-Bはもちろん、先ほど言ったようなMini-AやMicro-Bといった端子も登場。

Type-Cも当然規格に含まれています(「USB 2.0のType-C」というと珍しく感じますが、実はかなり市場に出回っています。大事な部分なので以降何度も説明に登場します)。

「Type-Cなら規格はUSB 3.0」というのはUSBに関する最も多い誤解のひとつですが、これを機に「規格と端子は別物」と理解できるといいのでは!

1-1-3.USB 3.0

usb-3-0-logo-mark

仕様発行日2008年11月
最大データ転送速度5G[bps]
最大伝送距離3m、2m(Type-C)

そろそろ主流になりつつありますね。端子が青くて有名な3.0です。

usb-3-0-type-a-cable

端子内部の青い着色は必須仕様ではなくてあくまでも推奨されているだけという点にはご注意ください。

最近になって3.0のUSBポートが流行ってきた感があるのでまだ先進感を感じるところですが、実は規格の発表は10年以上前。これには技術的な側面を含め色んな背景があるんですが、いかに規格の普及が大変か分かります。

ちなみに3.0からは2.0までとは全く異なった信号線を用いているので、USB 2.0までとUSB 3.0からは全然違う技術であるとも言えます(ソース)。

USB 3.0に対応している端子について

3.0での一番のトピックスはといえば、「Mini」の端子はなくなったということです。

usb-mini-a-and-micro-a-cable

さすがにMini-Aは持っていないので実物の写真はご勘弁を。左がMini-A端子、右がMini-B端子です。

そもそもMini-Bしか見たことがない人がほとんどなはず。Mini-Aは2.0主流の当時でさえ激レア扱いみたいな感じでしたからね。なので「USB 3.0でMini端子」と謳っているこういう製品は全てパチもんですこのメーカーのケーブルはそもそも端子の形が合っていないような粗悪品を売っているようなので頷けます

品質が保証されているUSB 3.0ケーブルは例えば下記のようなものがあります(ケーブルについては終盤でちゃんとまとめていますのでご安心を)。

端子(片側)端子(片側)メーカー参考価格Amazon
Type-AType-AUGREEN750円リンク
Type-AMicro-BELECOM750円リンク
Type-AType-CAnker1100円リンク
Type-CType-CUGREEN1600円リンク

ちなみに残った「Micro」系も、BはともかくAは相変わらずレアもの。

usb-3-0-micro-b-cable

外付けHDDなどでよく見かけるこの横に長いやつが「USB 3.0 Micro-B」。ちなみにUSB 2.0のMicro-Bも3.0/Micro-Bのメスに挿さります。

USB 3.0の「Micro-A」は、例によって僕も現物にお目にかかったことはありません。

それと、使われなくなった「Mini」系に変わり

  • Powered-B
  • Micro-AB

という2つの新たな端子もひっそり追加されていますが、知名度はほぼないに等しいのでここでの詳しい説明は省きます。あとでまたちょっと登場します。

1-1-4.USB 3.1

usb-3-1-logo-mark

仕様発行日2013年8月
最大データ転送速度10G[bps]
最大伝送距離1m

ここから分かりにくくなっていきます。
最初にも宣言した通り、「USB 3.1」と今回呼んでいるのは現行での新通称が「USB 3.2 Gen2x1」のものです。

focus-on-3-1-usb-version-and-connector-table

留意すべきはUSB 3.1という規格はUSB 3.0を包含しているということ。「USB 3.0」と「USB 3.1」という規格が独立して存在するのではなく、「USB 3.1」の時点で3.0の内容も取り込まれているというのがポイントです(つまり厳密には「USB 3.1」と表現している時点で「USB 3.0」は存在していない)

名称についてもう少し掘り下げて説明しておきます。

USB 3.1が発表されたタイミングで、そのときの前バージョンであったUSB 3.0を取り込み、そのどちらをも改名した背景から

  • USB 3.1 Gen1 ←従来のUSB 3.0のこと
  • USB 3.1 Gen2 ←そのタイミングで最新だったUSB 3.1のこと

という風になり、それが「旧称」として表にも残っているものです。

focus-on-3-0-and-3-1-difference-usb-table

その左の列にある「USB 3.2 Gen2x1」とかってのはなんなのよ、っていうのはこの次のUSB 3.2のところで説明しますのでしばしお待ちを。

主なバージョンアップ内容は転送速度の高速化で、理論値で2倍になってます。しかしバージョン番号も0.1しか増えていないこともあり、大きく変わった部分はありません(見かけ上はそうなんだけど実は技術的にはだいぶ複雑化してます)。

普段の使用シーンで3.0と3.1の区別を意識することはあまりないですが、実はかなり浸透してきています。メイン層と言っていいかも。

USB 3.1に対応している端子について

対応端子は3.0のときと変わりありません。

  • Powered-B
  • Micro-AB

の2つもともかく、相変わらず「USB 3.0版のMicro-A」という何に使われているか謎でしかない端子も仕様としてちゃんと策定されています。

usb-3-0-micro-a-and-micro-b-cable

USB 3.0/3.1のMicro-A端子(左側)。Micro-B(右側)は角が丸っぽかったのに比べてカクカクしてますね。無論2.0時代と互換性を保つためです。これも手持ちはありません、あしからず…。

ちなみに、超激レアですがUSB 3.1では専用の着色として端子が青色ではなく緑色になっているものが存在するらしいです(ソース

1-1-5.USB 3.2

usb-3-2-logo-mark

仕様発行日2017年9月25日
最大データ転送速度20G[bps]
最大伝送距離1m

USB 3.2の登場によってその名称群は混沌と化し、全ての人が「USBについて理解しようとすること」をやめてしまいました。笑

しかしご安心ください。分かってしまえばなんてことはない、ただ「USB 3.1がUSB 3.0を取り込んで発表された」ことをUSB 3.2もやっているだけです。

つまり、USB 3.2はUSB 3.1の拡張であるし、それはつまりUSB 3.0の拡張でもあるということ。

focus-usb-3-2-version-meaning

一番最初にお見せした表の上記の部分の意味が、今なら理解できるでしょうか?
要はこの4行の中にはUSB 3.0もUSB 3.1も含まれているということなんです。

この4行は、

  • USB 3.2 Gen1x1は「USB 3.0」のこと、つまり「3.1発表時の『USB 3.1 Gen1』」
  • USB 3.2 Gen1x2は新登場なので純粋な「USB 3.2」
  • USB 3.2 Gen2x1は「USB 3.1」のこと、つまり「3.1発表時の『USB 3.1 Gen2』」
  • USB 3.2 Gen2x2は新登場なので純粋な「USB 3.2」

ということです。

focus-usb-3-2-version-meaning-true-mean

これでもたぶん史上最大に分かりやすく説明できている方だと思うので、これ以上は勘弁してください。笑

これらが総称されて今では「USB 3.2」と呼ばれています。というか厳密には「USB 3.2」と言ったときは3.0も3.1も含まれちゃうので、「現在ではそもそもUSB 3.0やUSB 3.1なんていう規格はない」というのが正しい理解です。

「Gen◯x◯」というのがかなり見づらい上にややこしいので、ちょっとだけ覚えやすくなる話を。

「Gen◯x◯」の、

  • 最初の数字は世代
  • 後ろの数字は通信に使うレーンのつい

表しています。

usb-generation-how-to-read

そもそも"Gen"は"Generation"の略。そのまま"世代"の直訳です。単にバージョンが上がっていると考えれば、

  • 旧称では3.0が「USB 3.1 Gen1」、3.1が「USB 3.1 Gen2
  • 新称では3.0が「USB 3.2 Gen1x1」、3.1が「USB 3.2 Gen2x1」

となっているのが簡単に理解できますよね。

後ろの数字、「レーン数」はどれだけの通信ラインを同時に使えるかの数と思っておくと分かりやすいでしょう。信号線自体の本数ではなく、それを2本1組としたものを1レーンとしています。

「Gen◯x◯」の後ろの数字が登場したのはUSB 3.2発表時以降なので、そもそもそれまではずっと1レーンでした。だから新称でも

  • USB 3.0はUSB 3.2 Gen1x1
  • USB 3.1はUSB 3.2 Gen2x1

となっている。

で、USB 3.2で初めて拡張された

  • USB 3.2 Gen1x2
  • USB 3.2 Gen2x2

の2つは、ほら、2レーンに増えてパワーアップしてますね!

少しは覚えられましたでしょうか?笑

USB 3.2に対応している端子について

USB 3.2で新しく登場した部分、つまり

  • USB 3.2 Gen1x2
  • USB 3.2 Gen2x2

の2つですが、これらが対応する端子はType-Cのみです。

usb-type-c-cable-photo

これがType-C端子。できることが多いので、第2章で大々的に扱います。

USB 3.2では両側がType-C端子になっているケーブルしか使用できません。

もうちょっと詳しい説明。
さらに正確に言うと「高速通信可能なレーンが2対あるType-Cケーブルのみ」です。後述しますが、Type-Cに存在する高速通信可能な信号線は全部で4本あり、その全てをUSBの通信用に充てられるときのみUSB 3.2での通信が可能ということです。
例えば片方がType-Cでももう一方がType-Aだった場合は2対のレーン使用ができない、つまりUSB 3.2で接続されていないということになります。

いずれにしてもまだ僕らの周りにはほとんど登場していない規格なので、あまり気にする必要はないと思います。

加えて、今までのUSB 3.0とUSB 3.1を取り込んだ部分である

  • USB 3.2 Gen1x1
  • USB 3.2 Gen2x1

は名前が変わっただけなので、言うまでもなく含まれる端子類はそれぞれ3.0と3.1のものと変わりはありません。

1-1-6.USB4

usb4-logo-mark

仕様発行日2019年9月3日
最大データ転送速度40G[bps]
最大伝送距離0.8m

ついこの間発表されたばかりの最も新しいUSB規格。名前すら聞いたことない方がほとんどではないでしょうか??

usb4-develop-chart

出典:2020年1月号の日経エレクトロニクスより

今までの散乱しきっていたインターフェースを今度こそまとめようと頑張った(らしい)のがUSB4です。

まだUSB4について困っている人が少ないであろうということでここでは詳しく掘り下げませんが、記事末尾で少しだけ取り上げます。

知っておくべきは対応している端子は3.2に引き続きType-Cのみ(Thunderbolt 3含む)ということで、それさえ分かっていれば特に困ることはないはず。

<Thunderbolt 3の現物の写真撮れたらここに挿入>

例によって

  • USB4 Gen3x1
  • USB4 Gen3x2

と既に2つ発表されていますが、この意味はみなさんならもうお分かりですね。「レーン数が1つ、もしくは2つで通信可能な3世代目のUSB規格」ということです。

ちなみに、クソどうでもいいですがUSB4からは「"USB"と"バージョン番号"の間に半角スペースを入れない」と正式に決まりました。しかもさらにどうでもいいことに「小数の採用もやめた」との公式発表もあるらしいです。最初からそうしろ

USB4に対応している端子について

今お話した通り、対応端子はType-Cのみ。

Thunderbolt 3が基盤になっている規格ということもあり、そことの関連はやや難しいです。Thunderbolt規格については後半の章で説明しますのでまたそこで。

後回しばかりですみませんが、理解には順番が大切だと思ってますのでどうかご容赦を。

 

以上でUSBの「規格」についての説明が終了しました。
次からはもうひとつ大きな要素となる「端子」からの観点で見ていきましょう。

usb-complete-guide-table-of-contents-for-user-1

1-2.USBの「端子」について理解する

次は「端子」についてです。

USBというものを理解するには「規格」と「端子」を分けて考えるべきと最初に言いましたが、そのうちの後者が次からの説明ということです。

さっきまでで規格(バージョン番号)のことはある程度ご理解いただけているとして、詳細な説明は省いていた「USBにはどういう端子があって、それぞれはどういうものなのか」という観点で見てみます。

まず、今回も存在する全てのUSB端子を1つの表にまとめてみましたのでご覧ください。

USB端子を規格ごとにイラスト付きでまとめた表

端子についての表はご覧の通りかなりシンプルで、ポイントと言えそうなのは下記の2点くらいです。

  1. 「コネクタ」というのはいわゆる「オス」のこと、「ソケット」はいわゆる「メス」のことです。物によって実は片方しかないパターンがあることに注目してください。
  2. 同じ端子のはずなのに「規格ver.」で分かれているものは、つまりUSBのバージョンが途中で上がったら端子の形(など)も変わったものという意味です。見た目が変わるものは別物扱いとしています。

そして、この中でもよく使われるものだけを抜き出した画像がこちらです。ぜひダウンロードしていつでもすぐ見られるようにしてみてください!

よく使われるUSB端子のイラストと名称

以下、それぞれ紹介していきます。

1-2-1.Standard-A

my-usb-type-a-cable

「USBといえば」の代名詞である最もオーソドックスな端子。「Type-A」と呼ばれることも多いですが、前述したようにそのような正式名称は存在していないことは一応覚えておきましょう。

2.0までと3.0からでコネクタの内側がそれぞれ無色(白)と青色になっている傾向が強いですが、推奨仕様であって確実にこの着色とは限らないので注意してください。

裏表の概念があり、ピン(接触面)が付いていない方にはプラスチックの板状のものが詰められています。当然逆挿しはできません。

「逆に挿そうとしたら入らなくて逆さにしたら実は最初が合ってて…」みたいなくだりはよく聞きますが、アイコンの印字を意識したら普通間違えなくないですか…?
と、個人的には思っています。笑

みるみ
みるみ

一応説明しておきますと社会通念としての裏表はあるので、Type-Aのオスを挿し込むときは常にプラスチック板が下側になるように持つとGOOD!

1-2-2.Mini-A

my-usb-mini-a-cable

※せっかくなので、これらまだ見ぬレア物ケーブルも自分で集めたくなってきてます。どうせなら写真も全部自前で撮りたいですしね。ちょっとずつ入手して写真は置き換えていくこととします。

USB 2.0の一瞬でしか存在しなかった幻の端子。USB 3.0発表の1年前である2007年の3月に廃止が発表され、認証の対象外となりました。そしてMicro-Aへの置き換えが勧告されて事実上の使用禁止へと至ります。

今後覚えておく必要は一切ないと言って良いでしょう。

1-2-3.Micro-A

my-usb-micro-a-cable

Miniシリーズの後継扱いとして生まれてきたMicroシリーズ。紆余曲折あってやはりBしか使われていないのはMiniと同じです。

なのでMini-Aから受け継がれた意志はあるものの、このMicro-A自体もまたレアなのでほぼお目にかかることはないという…。

仕様自体もUSB 3.1まで定義されてはいるんですが、僕もまだ実物を見たことは一度もありません。これも覚えておく必要はない気がします。

1-2-4.Standard-B

my-usb-type-b-cable

最もオーソドックスなシリーズのBタイプ。初代のUSB 1.0からUSB 3.1に至るまで、ずっと存在しています。利用率もそれなりで、電気製品と関わる機会が少ない方には謎な存在かもしれませんが、ある一定の需要はずっと継続してます。

3.0以降は、Standard-Aと同じように青色の着色がなされるのとは別に形も大きく変わっている点に留意。

1-2-5.Mini-B

my-usb-mini-b-cable

Mini-Aと同じくUSB 2.0時代でしか出番がなかったものの、全盛期はかなりのシェアがあったMini-B。「Micro-Bかと思って差し込もうと思ったらMini-Bだった」という経験は誰でもあるあるなはず。

今後は登場しないのが決定しているので、身の回りのケーブル類は処分しちゃってもいいでしょう。

1-2-6.Micro-B

my-usb-micro-b-cable

おそらくこの世に存在する最も多いUSBケーブルは「Type-A ⇔ Micro-B(2.0)」ではないでしょうか。それくらいあらゆるデバイスに利用されていた圧倒的な人気(?)を誇る端子でした。

USB 3.0になってもMicro-Bは実は生き残っており、その形状を大きく変えてまだ実用されています。「Micro-B」という名称は今後も覚えておきましょう。

ちなみに、形はかなり違うように見えますが、USB 3.0~版のMicro-Bメス端子にはUSB 2.0のMicro-Bオス端子が挿入可能です。

USB 3.0~のMicro-Bコネクタの一部はUSB 2.0のMicro-Bと同じ形をしている

こういう関係。

当然通信自体はUSB 2.0になってしまいますが、ケーブルが手元になかったとしても最低限の使用はできるナイスな仕様です。もちろんMicro-Aでもこの関係は同じです。

1-2-7.Powered-B

my-usb-powered-b-cable

USB 3.0から追加された端子。
と言っても、そのコネクタは寸分違わず(3.0~の)Standard-Bと一緒です。

中身の差も電源強化のためにピンが2本多いだけで、それ以外の仕様は完全に同一です。しかしそのおかげで、他から電源を取ってこなくても十分な電力供給がなされます。

また、互換性があるのでPowered-Bの受け口にはStandard-Bも使えます(もちろん逆は挿さるけど意味無し)。

「PoweredUSB」というまた別物もこの世には存在していますが、正式なUSB規格とは一切関係ありません。規格団体であるUSB-IFもこれには承認をしておらず、なんとなくその雰囲気はPoweredUSBの公式サイトを見ると分かります。笑

1-2-8.Type-C

my-usb-type-c-cable

最近よく聞くのはこれですね、「Type-C」。これは「Type」と付くこの呼び名が正式名称です。リバーシブルになったことが一番の進化点ですよね。マジでありがたい。

最も多くの規格に対応している端子であり、USB 2.0からUSB4まで全ていけます。ゆえにコネクタがType-CだからといってUSBのバージョンまで絞れることはほぼないので注意しておきましょう。

USBに絡む他の様々な規格と同居していることもあり、Type-Cの理解はかなり難易度が高いです。なので今回の記事での「大きな3つの柱」でも2つめにType-Cを据えています。次の章で詳しく解説しますのでここはこの辺で。

1-2-9.Mini-AB

my-usb-mini-ab-receptacle

聞いたことがなかった人がほとんどだと思います。

Mini-AとMini-B、どちらのケーブルも挿せるようになっている受け口で、存在しているのはメス側(ソケット)のみです。

Mini-Aは表舞台に出ることなくすぐに廃止されたことはさっきお話した通りですが、それに伴ってこのMini-ABもMicro-ABに置き換えるように、と勧告されました。

昔のビデオカメラなどに搭載されていた例などを発見しています(ソース)。

1-2-10.Micro-AB

my-usb-micro-ab-receptacle

※これはUSB 2.0のもの

Mini-ABと同じく、メス側だけが定義されたシリーズのMicro版。当然Micro-AもMicro-Bも挿せるようなソケットになっています。

Mini-ABの置き換え対象だった、USB 3.0のMicro-Bが比較的需要がある、などの理由により、Micro-ABはUSB 3.0とUSB 3.1でも定義されています。

当然横長のあの形がベースになっており、2.0から大きく形を変えた端子の1つと言えるでしょう。

 

以上が「端子」についての説明でした。
「規格」と分けて考えていくと、案外あっさり読み進められたと思います。

そして同時に、これで第1章が終了したことにもなります。
個々の説明はもとより、「規格」と「端子」それぞれで掲載したまとめ表を何度もチェックしてみてください。きっとすぐに頭に入ってくるはずです!

そのスッキリさのまま、次はType-Cについての理解を深めてみましょう。

2.Type-C端子、それに関連するThunderbolt 3規格などを理解する

type-c-connector-and-Thunderbolt-3-etc

さて、ここからは冒頭での「3つの柱」における2つめのお話です。

three-concept-for-usb-complete-guide-2

  1. 「規格」と「端子」の関係
  2. Type-Cという端子について
     ↑今からココ!
  3. 電源・電圧など充電について

Type-CはあくまでもUSB端子のひとつに過ぎませんが、これと関連した要素があまりにも多く複雑すぎるので、第2章では「Type-Cを軸にして付帯要素の解説をする」という算段です。

この第2章の章立ては以下。

  1. USB Type-Cとは
  2. Type-Cのオルタネートモードとは
  3. Type-CとThunderbolt 3の関係について

ではさっそく。

2-1.USB Type-Cとは

what-is-usb-type-c-connector

Type-Cとは、2014年に発表されたこれまでにない新型のUSB端子のこと。仕様書はこちら

  • それまで混乱を極めていたUSB端子や規格をいい加減統一させたい
  • Appleが先に出したLightningコネクタのリバーシブル仕様などに後れを取っていた

などの背景を持ちつつの登場でした。ちなみにAppleはType-Cのことを「USB-C」と呼んでますが同じものです。

発表されたのは2014年なものの、実際に僕らが市場で目にするようになったのはその少し後でした。その頃はちょうどUSB 3.0が世間に浸透し始め、かつUSB 3.1が発表されて少し経ったタイミングだったんです。だから「Type-C = USB 3.0/USB 3.1」のようなイメージが先行して広まってしまったんでしょうね。

Type-CとUSB 3.0とUSB 3.1タイミングが近いが関係ない

USB 2.0へのサポートも発表され、今でも多く使われています。スマホのType-C端子も実はUSB 2.0のものは多く、見た目だけでは判別できないので十分注意してください。

その他大きな特徴と概要について、次からで説明していきます。

2-1-1.逆挿し可能

まず第一にユーザビリティがアップした点といえばこれですね。Type-C端子では表と裏どちらを上にしても挿さるようになりました。

Type-C端子はリバーシブル仕様

特にMicro-Bは逆に挿し込もうとしてガリガリやってた人、多いのでは?笑

みるみ
みるみ

Micro-Bに関しては僕もよく間違えてました…。

AppleのLightningコネクタを最も意識したであろうポイントはやはりこのリバーシブル仕様だと言われていました。しかし後出しなのに全世界基準にまで上り詰めるあたり、さすがはUSBといったところでしょうか。

ちなみに、逆挿し可能と言いつつも実は裏表はあります。USBの仕様書にはピンアサインも定義されていて、それを見ると上下での違いが分かります。

USB Type-Cコネクタ(メス)のピン配列

このように「どのピンにどんな信号が対応しているか」を表すものを「ピンアサイン」、または「ピン配列」と呼びます。

この上下の違いによってどちらへ給電するかの判断が可能になるので(実際にはオスのピンを見てます)、「実はUSB PD(Power Delivery)の利用のためにはリバーシブルコネクタがとても役立っていた」ということが分かりますね。素敵!

2-1-2.親子の概念がなくなった

もともとのUSBインターフェースは「PCと様々な機器を繋ぐもの」という規格なので、必ず「ホスト(親)と周辺機器(子)という関係を明確にする」という仕様がありました。

従来のUSBは接続した時点で親子が勝手に決まる

「A系の端子が挿された方が自動的に親になり、反対のB系は子にしかなれない」というのが一般的でした。

これはとても大事なポイントです。

基本的にはType-Aを挿した側が親と判断され、もう一方が強制的に子になってしまうのがそれまでのUSBでした。だから「スマホにマウスを繋ぐ」とか「デジカメとUSBメモリを繋ぐ」とかは基本的にできなかったんですね(「USB On-The-Go」が当たり前になってからはその限りではありません、詳しくは記事末尾で)。

で、「物理的には挿し込めたのにデータの送受信方向は勝手に決められちゃう!」のような問題を解決してくれたのがType-Cだった、というわけです。

Type-C端子同士なら、どっちにどう挿そうが親子に縛られない

この仕様はType-Cに関係する他の大きな要素、つまり

  • USB PD(Power Delivery)
  • オルタネートモード

などのための大切な基盤にもなっています。

それぞれ

  • 子から親への給電が可能
  • 子からの映像出力が可能

のような感じですね。

2-1-3.USB以外の信号も流せるようになった

これまでのUSB規格は、当然USBの信号しか流せませんでした。

ところが、Type-CではUSBの通信も維持しつつ、映像など全然関係のない別の信号もやりとりできるようになりました。

以前の端子よりピン数や通信レーン数が増えたおかげで、このような恩恵を与れるようになっているんですね。

Type-C端子の24ピンのうち10ピンを拡張する

Type-C端子では、全部で24ピンあるうちの10ピンをUSB以外の信号用として割り当てることが可能です。

これらはUSBを「拡張」して通信しています。なのでその「拡張」された通信のことを「オルタネートモード」と呼ぶんです。ほら、知っている言葉が出てきましたね!

「拡張」するから「オルタネート」なモード

実際には「代理」とか「代わりの」みたいなニュアンスで理解しておくといいと思います。

オルタネートモードについては、今読んでいただいている「Type-Cとは?」の次の節でどうぞ。

ところで、「通信レーン数」という言葉が久しぶりに出てきたのでちょっとTips的な話を。

USB 3.2の解説のときに、「USB 3.2 Gen◯x22の部分は通信に使うレーン数を表している」という話をしましたよね。

「3.2が登場するまでは1本しかなかったので、純粋なUSB 3.2のものは後ろの数字が全て2になっている」ともお話しました。

通信レーンの本数を増やすには、当然ハード側の対応が必要です。ケーブルやコネクタが物理的に進化してくれないと本数は増えないということ。当然ですね。

話をType-Cに戻しましょう。

Type-C端子になって、そのピン数や通信レーン数は一気に増えました。

あれ?
ということは、通信レーン数が増えたType-Cだから「USB 3.2 Gen◯x2」のような高速通信が実現したということ?

そうなんです!!

Type-Cは今までメインで使っていた高速な(USB用の)通信レーンを2つ分持っています。それが表れているのが「USB 3.2 Gen◯x2」の2

だからUSB 3.2とUSB4には対応端子がType-Cしかないということだったんですね。

スッキリしましたね~!
だいぶUSBについて理解が深まってきた感じがしませんか?

2-1-4.USB PD(Power Delivery)が使える

特徴その4。最後です。

Type-Cは新たに「USB PD(Power Delivery)」という電源に関する規格をサポートしました(USB PDだけは実は先に定義されていたので、厳密にはType-Cの中に含まれている規格というわけではないことに留意してください)

100Wワットという大電力をUSBケーブル1本で賄えるようになったのはまさに革新的です。

100Wがどれくらいすごい数字かは第3章でゆっくり解説するとして、簡単に比較を言っておくと、Type-C登場までのUSBでの最大供給電力はたったの7.5Wでした。実に13倍。

これまでの最大供給電力7.5Wに対して100Wは13倍もある

なお、前述したように「親と子の方向を自由に切り替えられる」という仕様と密接な関わりがあります(「USB PD単体でも好きな方向に充電できる」と理解しておくのがおすすめ)。

 

以上がUSB Type-Cの概要でした!
次からは「オルタネートモード」について説明しますよ。

usb-complete-guide-table-of-contents-for-user-2

2-2.Type-Cのオルタネートモードとは

usb-type-c-alternate-mode

最近のUSB事情をややこしくしているのはこの辺りから。

そもそも名前すら聞いたことがない人の方がほとんどかとも思います。その名も「オルタネートモード」。

名前の呼び方は

  • Alt Mode(オルトモード)
  • Alternative Mode(オルタネイティヴモード)

など色々揺れがありますが、どれも一緒のことを指してます。

で。

オルタネートモードとはUSBの通信以外にも色んな信号をやり取りできるようにする機能のことです。

Type-C端子の24ピンのうち10ピンを拡張する

先ほどもお見せしたこの図。グレーアウトしていない着色されている10ピン分がオルタネートモードで使っていいとされているピンです。

Type-C端子が持つ24ピンのうち10ピン分をおすそ分けしてもらって上手く活用します。そうすることで、USBの通信を維持したまま他の信号を流せるようになるという機能です。

このあとは、以下3つに分けてオルタネートモードを解説していきます。

  1. オルタネートモードの詳しい仕組み
  2. オルタネートモードの使用環境について
  3. オルタネートモードで使える信号の種類

この記事でも山場な部分だと思いますが、頑張っていきましょう!

2-2-1.もうちょっと詳しい「オルタネートモードの仕組み」

オルタネートモードの仕組みについてもう少し具体的に説明してみます。ちょっと細かい話ですけど、根幹の理解がしやすくなる重要なポイントです。

オルタネートモードの最も大きな特徴は「USBの通信を維持したまま他の信号もやり取りできる」という部分です。

そのためには、今までUSBの通信に使用していた線をそのままオルタネートモードに使ってしまっては台無しです。通信できるラインは限られてますからね。

そこでType-Cの出番です。

「Type-Cでは高速通信用のレーンが一気に増えた」と上でお話しました。ここがポイント。

Type-Cケーブルのライン構造

「Type-Cで追加」とある線以外は、USB 3.0以降に準拠したケーブルなら既に搭載されていたラインです(Type-A/Bなどは問わない)。

あれ、高速通信用の信号線が4本(2レーン)もありますね。めっちゃ増えてます。

そうなると、

「その増えた線でUSB通信もしてるんでしょ?」

と思いますよね?

いいえ、実は違うんです。

Type-Cの中に新たに増えた高速の通信レーン(2本分)は、USB 3.1の通信でさえ使われてはいません。

Type-Cで新しく追加された高速レーンはUSB 3.1ですら使われていない

USB 3.1までの全てのUSB用通信は、これまでのケーブルにも存在していた「高速通信用レーン×2」で賄えます。

これが「USB 3.1がUSB 3.0を内包している」という要素を意味する1つであり、さらには「Type-Cではない従来のUSB 3.0ケーブル(Type-Aなど)でもUSB 3.1の通信が可能である」ゆえんです。

そして、このときに余った高速通信用のレーン2対(と低速通信線2本)を使うのがオルタネートモードというわけです!

追加された余った信号ラインをオルタネートモードで使える

いっぱい使えますね~。

みるみ
みるみ

「ピン数」と「レーン数」は直接関係がないので、「おすそ分けが10ピン」と言っていたのとレーン数が合わないのは疑問に思わなくて大丈夫。そういうものだと思ってOK。

しかもしかも、「USB 3.2 Gen◯x2」の2で、通信レーン数はちゃんと「2」と表現されていますよね。Type-Cでは高速通信用のレーンが4対あるにも関わらず、「USB自体の通信は2レーンである」という仕様がちゃんと書かれていたわけです。

どうでしょう!色んなものが繋がってきましたね!

2-2-2.オルタネートモードの使用環境について

使用環境について。
「オルタネートモードの利用条件」のような感じでここは1つまとめてみましょう。

ややっこしい部分なので、比較的分かりやすい部分を抜粋しそれを図でまとめたものをメインに説明していきます。

まずはUSB規格との関係について。

USB規格とオルタネートモードで流せる信号の関係図

「DisplayPort」や「Thunderbolt 3」など実際にオルタネートモードで使える信号名/通信名が先に登場してしまっていますが、今は中身について気にする必要はありません。

これは「オルタネートモードと同時使用できるUSB通信は何なのか」を表している図です。

細かい説明を全部しているとキリがないですが、特に注意したいのはオルタネートモード利用中のUSB通信はUSB 2.0になることもあるという点です。

例えば、DisplayPortは

  • 2K(フルHD:1920x1080) 60Hz(2台まで)
  • 4K 30Hz

までなら映像を出力しながらUSB 3.0/3.1で通信可能ですが、

  • 4K 60Hz

での出力だとUSB 2.0での通信になってしまうという感じ。

とはいえ、実利用上でこんなに込み入ったシーンに遭遇することはほぼないだろうから覚えておく必要はないと思います。

それと「USB 3.2の通信+オルタネートモード」の併用というのもムリです。

USB 3.2ではType-Cで追加された高速通信レーンの全てをUSBの通信に充てているため、オルタネートモードが利用できるスキはありません。

みるみ
みるみ

誤解しやすいですが、「USB 3.2のケーブルで映像の出力などのオルタネートモード自体は利用可能」です。USBの通信速度(規格)が下がるだけ、ということ!

 

通信規格に関しては上記のような感じで、もうひとつやっかいなのが残っています。

それは対応ケーブルについて。

こちらもまずはまとめた図を見てみてください。

USBケーブルの種類とオルタネートモードの対応について

ポイントは2つ。

  1. アクティブケーブルとパッシブケーブル
  2. ケーブルの長さ

この2つは密接に関わり合っていて、特に超高速な通信ができるかどうかの分かれ目になるものと思っておくと良いでしょう。ゆえにThunderbolt 3がメインで関わってくる要素になります。

「アクティブケーブル」と「パッシブケーブル」という言葉、あまり聞き覚えがないかもしれませんがこの辺りについて調べ物をしているとよく出会う名称だと思います。

USBに限った概念ではなく、通信の技術用語ではよく見られる言葉です。

  • アクティブ:能動的、自分から動作を起こす
  • パッシブ :受動的、まわりからの動作を待つ

というニュアンスですが、今回は「オルタネートモードを使いたいときは基本的にパッシブケーブルじゃないとダメ」と覚えられれば十分です。

アクティブケーブルとパッシブケーブルの違い

これを見ると「アクティブケーブルの方が良いもの」のように見えますが、実際には「オルタネートモードを使いたいならパッシブケーブルじゃないとダメ」なので注意してください。

信号を流す対象が通信前に分かっていないと、上図で示したようなアクティブケーブルとしての役割(ノイズ補正など)を果たせないため、オルタネートモードの性質上必ずパッシブでの通信が必要になる、という構図です。

ただし、そもそも意識してアクティブケーブルを買おうとしない限り誤って掴んでしまう恐れはほぼないので安心してください。

↓アクティブケーブルの製品例。

「Thunderbolt 3専用」などの表記が目立ちますし、そもそも信じらんないほど高いですもんね。

ただしパッシブ通信ではノイズ補正などをしない分、ケーブルの長さを短くするよう要求されてしまいます。だからType-Cケーブルって1mとか短い仕様が多いんですね!

ちなみにアクティブケーブルと言えばこれまでは「Thunderbolt 3用のもの」というニュアンスで通っていましたが、USB 3.2発表後はUSBとしてのアクティブケーブル(Type-Cケーブル)も存在しているようです(現物未確認)。

ごちゃごちゃしていて難しい章でしたが、最後に大事な点を。

USB 2.0にしか対応していないType-Cケーブルではオルタネートモードは使用できないので注意してください。USB 2.0時代には高速な信号線が1本もなかったのだから当然ですよね。

USB 2.0のType-Cケーブルではオルタネートモードは使えない

オルタネートモードを使う余裕なんてない!

なお、USB PDなど充電系の仕様だけならばUSB 2.0でも利用は可能です。

2-2-3.オルタネートモードで利用できる信号の種類

さて、最後に「実際にオルタネートモードで使える信号にはどのようなものがあるのか?」を見てオルタネートモードの説明を終えましょう。

扱える信号は下記の5つです。

  1. DisplayPort
  2. HDMI
  3. MHL
  4. Thunderbolt
  5. VirtualLink

今のところこの5つしか世界に存在していないわけではなくて(たぶん)、実際には「USB側が要求するフォーマットに従っていさえすればどんな信号でもオルタネートモードとして使用可能である」とされています。

現状で実利用されているのは上記の5つに留まっているという意味です(実際にはこの中でもDisplayPortとThunderboltの2つ程度ですが)

このように「色んな信号を同じUSB Type-C端子1つで流せる」となってくるとさらにカオスになってしまうため、USBの規格団体はオルタネートモードに対応する開発をしているメーカーに対して「端子付近にしっかりとラベルで明示してね」と求めています。

alternate-mode-displayport-label-mark

これはあくまでも「オルタネートモードではなくてDisplayPort(に対応したオルタネートモード)」という意味で示されるマークですが、とにかくこういうラベルのことです。このあとにもいくつかご紹介します。

相変わらず書かれていないことも多いので気をつけましょう。

みるみ
みるみ

それにしてもこのDisplayPortのマーク、たった1つの意匠で「D」も「P」も示す、なんて素敵なんでしょう!秀逸!

よく勘違いされますがUSB PDとオルタネートモードは全く関係ありません。互いは独立した仕様なので、それぞれの規格対応に依存関係はありません。

※さらにやっかいなことを言いますが、今言ったことは厳密には間違いです。実はオルタネートモードの利用のためにUSB PDで定義された仕様による処理が必要なため、お互いの関連は"ある"んです。しかしこれは開発側などエンジニアにしか必要のない情報のため、一般的には「USB PDとオルタネートモードは一切別のもの」という理解で良いと思います。
参考→USB Type-Cの概要 - Microchip Technology

では、次から「オルタネートモードで流せる主な5つの信号について」の解説です。

映像:DisplayPort

displayport-main-visual

仕様公表2014年9月
対応バージョンDisplayPort 1.3以降
関連アイコンalternate-mode-displayport-label-icon
仕様書/プレスリリースwww.displayport.org

オルタネートモードで最も使われているのはおそらくDisplayPortでしょう。

今でこそこれらUSBとの関わりが出てきたのでそれなりに名前も知られるところとなりましたが、少し前までは多くの方はほぼ知らない感じだったのでは。一般ユースでの実力的にはHDMIと双璧レベルですが、いかんせんインターフェースが流行しませんでした。

ただし、ことオルタネートモードに限り映像の通信という観点ではHDMIを遥かに凌駕しています。

現状出せるスペックは、最新バージョン2.0だと

  • 8K 60Hz
  • 5K 60Hz
  • 4K 120Hz

のようになっています(ソース)。しかも特定の条件下では16K 60Hzとかいうバケモノみたいなスペックも…。

これをUSBケーブルで出せるんだからすごいですよね!

ただし現状は「出力デバイス - ケーブル - ディスプレイ」の全てがこの最新バージョンで普及しているかというとそうではなく、まだ多くはver 1.3~1.4付近だと思われます。その場合だと前述したように4K 60Hzでの出力時はUSB 2.0になってしまうので注意してください。

 

実際にディスプレイを繋ぐときの話も少しだけ。

まずはDisplayPortでのオルタネートモードだけのディスプレイ接続でも十分実用に耐えうると知っておきましょう。

Type-Cケーブル1本でオルタネートモードを使い、DisplayPortの信号を出力する

まずはこのように「USB Type-Cケーブル1本でディスプレイへ映像出力できる」という図式が基本形です。

このとき、当然ですが「ディスプレイ側の受けの端子はType-CではなくてDisplayPortでもOK」です。

オルタネートモードでDisplayPort接続するときは相手の端子がDisplayPortでもOK

↓「Type-C - DisplayPort」のケーブル例。

また、USB PDにも対応しているならディスプレイ側からPCへの給電も行われます。

USB PDにも対応しているならディスプレイ側から給電がされる

給電方向については、「コンセントに挿していない方が電力をもらう」と理解しておくと良いでしょう。弱い方が助けてもらえるわけですね。

なので、「モバイルディスプレイ」などと呼ばれるコンセントに挿さないタイプのディスプレイにUSB PDでPCと繋いだ場合、当然PCから電力(と映像)を受け取ることになります。

また、これもUSB PD対応に限りますが、Type-Cで接続したディスプレイからさらに接続する「デイジーチェーン」(数珠つなぎ)も可能です。2台目以降はType-CケーブルではなくDisplayPortケーブルを使います。

デイジーチェーン(数珠つなぎ)も可能

この場合は出力される映像スペックはフルHD(2K:1920x1080)に留まることに注意。

デイジーチェーンの良いところは「PC側の使用端子が1つで済む」というところ。Macをお使いの方や、Windowsでも流行りのモバイルノートなどを使いこなす場合はぜひ利用してみたいですね。

映像:HDMI

hdmi-logo

仕様公表2016年9月
対応バージョンHDMI 1.4
関連アイコンhdmi-icon
仕様書/プレスリリースwww.hdmi.org

映像を扱う信号といえば最も身近なのはHDMIですよね。

しかしオルタネートモードではDisplayPortに比べるとやや陰りぎみ。実利用上ではDisplayPortと映像スペック的な差はほぼないものの、HDMI 2.0はサポートされていないので4K出力の場合リフレッシュレートは30Hzになってしまうというのは覚えておくべきかもしれません。

そして何より問題なのはUSB通信と同時利用できないことでしょう。

hdmi-is-not-connect-usb-by-alternate-mode

少し前にお見せしたこの図でも、HDMIだけは誰とも共存せずに孤立していました。

おそらくこれが決定的な要因となり、オルタネートモードでの主役の座はDisplayPortに奪われています。

 

HDMIもDisplayPortと同じく、「Type-C - HDMI」というケーブルによってもダイレクト接続が可能です。端子さえ合えばこれと同じことが可能なので、例えばAndroidスマートフォンからの映像はそのままディスプレイ上にミラーリングできます。

my-type-c-to-hdmi-plugable-cable

画面の縦横も同期して反映されます。

挿すだけでこのように映像出力されるという感じ。

みるみ
みるみ

僕の端末(Galaxy)は1つの機能として「USB経由で映像が出力された場合、専用のデスクトップライクなUIになる」という機能もありますー!

オルタネートモード自体では使わないものの、Type-CとHDMIの変換は持っておくと何かと役に立つシーンが多いので個人的にはおすすめ。

HDMIケーブル自体は「オス - オス」が主流なので、それを流用できる上記のような「Type-Cオス - HDMIメス」がいい感じです。

映像:MHL

mhl-mobile-high-definition-link-logo

仕様公表2014年11月
対応バージョンMHL 1.0以降+superMHL
関連アイコン特になし
仕様書/プレスリリースwww.mhltech.org

HDMIの弟分的存在のMHL。ややマイナーです。

最初に策定されたMHL 1.0で定義されたコネクタはこいつでした。

usb-micro-b-connector-is-mhl-connector-same

おお、久しぶりに見ました。USB Micro-Bでs…。あれ、確かに端子の形は同じだけど、なんか雰囲気がちょっと違いますね。

実は、MHLは「USB Micro-Bの端子形状と互換性を保ちながら使えるようにした」ということなんです。ケーブル界隈ではたまに起きるイベントですね(後述しますがThunderbolt系も同じです)。

つまり「MHLの仕様に対応した出力が可能なら、一般的なスマートフォン(Android)から映像を手軽に出力できた」はずでした。

しかし

  • なまじ端子の形が同じなため、「そもそもUSB端子から映像出力ができる」ということに気付かれにくかった
  • スマートフォンの仕様の分かりやすいところに「MHL対応」などと書いてあることが少なく、その端末が対応しているのかどうか非常に分かりにくかった
  • MHLという規格自体の知名度が上がらなかった

などの理由により、イマイチ使われませんでした。そうこうしているうちに2.0のMicro-B端子も淘汰され、同時にお蔵入りに…。

というMHLなので、オルタネートモードでも弱いポジションかと思いきや地味に4K/30Hzまでは対応です。HDMIとは違ってUSBの通信を阻害しない(しかもUSB 3.0/ 3.1利用OK)のでHDMIより勝っている印象ですね。

MHLならUSB通信と同時使用可能

最初は意味不明だったこの図も、こうやって見れば少しは分かるようになりませんか?(まとめ図がどうしても見にくくなっちゃうのはすみません)

さらに後継規格となった「superMHL」にも対応。

このsuperMHLはもともとType-Cコネクタを採用していますが、オルタネートモードでも使えます。なんとこちらは8K/120Hzでの出力も可能。やりますね。

でもね、なんでか流行んないんですよね…。頑張ってほしい…。

汎用:Thunderbolt

thunderbolt-main-logo

仕様公表2015年6月
対応バージョンThunderbolt 3以降
関連アイコンThunderbolt-icon-label
仕様書/プレスリリースthunderbolttechnology.net

DisplayPortと並ぶオルタネートモードの主役はこれですね。規格自体のカテゴリは「Thunderbolt」ですが、実質的に「Thunderbolt 3」オンリーだと思ってOKです。

オルタネートモードで有効利用できる通信レーンの全てをThunderbolt 3にあてられる関係上、出せるスペックも破格です。

Thunderbolt 3では全てのレーンをオルタネートモードに充てられる

通信の速度は実に40G[bps]。「速い速い」と言われていたUSB Type-C 3.1の速度が10G[bps]なので、なんとその4倍にもなります。実測値は別ですけど

もちろんそれでいながらUSB 3.1の通信も同時利用可能です。はい最強。

みるみ
みるみ

上の図ではUSB 3.x用のラインは埋まっちゃってますが、Thunderbolt 3の中にUSB 3.1の通信を含ますことができるから問題ないんです!

その他でできることとして、

  • USB PDと同パワー(100W)での給電
  • Type-CとDisplayPortでのデイジーチェーン(数珠つなぎ)時はフルHD(2K:1920x1080)しか対応していなかったが、Thunderbolt 3なら4Kで映像出力できる
  • PCIエクスプレスでグラフィックボードやHDDとも接続

などがあります。うーんすごいですね。

 

ただし、Thunderbolt 3利用のためには

  • 出力側のデバイス
  • ケーブル
  • 入力側のデバイス

が全てThunderbolt 3規格に対応している必要があります。

対応されているか確認するには、端子付近に以下のようなアイコンがあるかを確認してみてください。

Thunderbolt-3-support-labels-icons

オルタネートモードのThunderbolt 3に限らず、USBまわりに関する端子付近のラベル表示はちゃんと義務化されていないものが多いので確かな判断が難しいのが実情です(USB 3.0/3.1の青色の件もそうでしたね)。でもThunderbolt 3は上図のようなアイコンが見つけられなければ基本未対応だと判断して良いレベルな気はします。

特にやっかいなのはケーブルで、「Thunderbolt 3対応」と銘打たれていてもそれが最速の40G[bps]を出せるかはまた別問題です。

Thunderbolt 3の最高速40G[bps]を出すためのケーブルは限られる

最高スペックを楽しむためには、前述したように「アクティブケーブルか、パッシブケーブルの1m未満」でないといけません。

安くても1,500円を切るものは「正式対応か怪しい」と思ったほうが良いでしょう。

上記はThunderbolt 3で40G[bps]を出せるケーブルの一例。さっきとは違いアクティブケーブルではないパターンです。

ちなみについこの間(2020年1月)にThunderbolt 4というのも発表されています。内容はUSB4のサポートということらしいです(端子変わらず)。CESでプレスリリースがあったくらいで、詳しくは僕もまだよく知りません。

その他:VirtualLink

virtual-link-main-logo

仕様公表2017年7月
対応バージョンVirtualLink 1.0
関連アイコン特になし
仕様書/プレスリリースVirtualLink Consortium

最後はちょっと特殊です。

VR向けの通信規格で、「VRヘッドセットとPCをUSB Type-Cケーブル1本で全て賄っちゃおう!」という背景のもと生まれたものです。

しかし、これ自体が独自でいろいろなインターフェースを持っているわけではなく、あくまでもこれまでのオルタネートモードで登場した規格の寄せ集めみたいな感じです。

使うのは

  • 映像用 :DisplayPort 1.3 x 4レーン
  • データ用:USB 3.1
  • 電源用 :27W(おそらくUSB PDではない)

という感じ。現状はこれ以上の仕様は詳細不明という感じでした。

寄せ集めというとちょっと聞こえは悪いですが、実際にはいい感じにまとめあげるための規格策定は行われている模様。

なお完全に僕の予想ですが、つい最近OculusがOculus Quest向けに発表した「Oculus Link」はこのVirtualLinkの仕様を利用したものではないかと思っています。

oculus-link-main-visual

VirtualLink規格の利用を中止する事例もあるようですが、見たところOculusは見事製品化までこぎつけたようです。本当にVirtualLinkに則っているかは不明ですけど(なぜか技術詳細が公表されていない)。

妙に気になるのは、OculusはOculus Link利用時には自社で同梱するケーブルを推奨しているものの、これがなんと10,000円もするらしいというところ。しかもAnkerのUSB 3.0ケーブルでも動作したという報告もあるのでなんだかよく分からない…。

実際に動作確認されたType-Cケーブル。見た感じ普通のType-C/3.0なので、たしかにオルタネートモードはちゃんと動きそうではあります(長さはVRプレイに向いていない点にだけは注意)。

 

さて、これで「Type-Cのオルタネートモード」の説明が終わりました!
この記事の中でも一番複雑かな?と思われる部分ですが、このあとの内容と併せて少しずつ理解していってみてください。

usb-complete-guide-table-of-contents-for-user-3

次からは、みなさんまだこんがらがっていると思われる

「Type-CとThunderbolt 3って結局なにがどうなってんのよ?」

についてですよ~。
ここが分かればThunderbolt 3含めたType-Cの理解は完璧なはず!

2-3.Type-CとThunderbolt 3の関係について

type-c-and-Thunderbolt-3-relationship

というわけでType-Cに関する解説の第三段階は「Type-CとThunderbolt 3の関係について」です。

  • Type-Cの概要はとりあえず分かった
  • オルタネートモードの1つにThunderbolt 3というものがあるのも分かった

というみなさんの状態をなるべくリスペクトしつつ進めていきますね。

2-3-1.まずは「元々別の規格、別の端子である」と理解しよう

一番最初にちゃんと整理すべきは

Type-CもThunderbolt 3も元々別のもの同士だし、それぞれでの端子が存在する

という前提。

語弊がありそうなので一応明確化しておきますが、

  • Type-C → 「USB」という規格が持つ端子のひとつ
  • Thunderbolt 3 → 「Thunderbolt」という規格のバージョンのひとつ

ですね。

Type-CはUSB端子のひとつ、Thunderbolt 3は規格のバージョンのひとつ

では次。そうなると、

「じゃあThunderbolt 3の端子はどんなやつなの?」

という疑問が浮かびますね。答えはこう。

「Type-Cです。」

…。

げんなりするのはちょっと待ってくださいね。笑
ゆっくり理解していきましょう。

まず、「Thunderbolt」という規格そのものがありました。

thunderbolt-main-logo

これはVer.1から始まり、版を重ねてVer.3まで来てます(4は今は無視)

Thunderbolt-version-1-2-3

Ver.1とVer.2までは、「Mini DisplayPort」という端子を採用していました。

mini-displayport-connector

こんなやつ。

この「◯◯の端子を採用」とは、既に存在する端子と同形状のものを用意することで、互換性を持たせたり製造のハードルを下げさせたりする意図があります。

単純に1つのコネクタで2つ以上の役割を持たすことができるというメリットもあるでしょう。さっきの「MHL = Micro-B」もこれでしたね。

それと同じことが、今度はVer.3(Thunderbolt 3のこと)で「Type-C」端子の採用として起きました。

Thunderbolt 3という規格で採用した端子形状はType-Cのものだった

「Thunderbolt 3という規格はオリジナルのものだけど、端子だけはこれから普及していくであろうType-Cと同じ形にしようね」としたということです。

注意してほしいのは、まだ僕はオルタネートモードの話は全くしていないという点。今はただ「Thunderbolt 3の端子はたまたまType-C端子を採用しているよ」と言っているだけです。

だいぶクリアになってきましたね。そしたら次は視点をThunderbolt 3に移します。

2-3-2.Thunderbolt 3視点での仕様もちゃんとある

Thunderbolt 3という規格がType-C端子を採用していることは分かりましたが、じゃあThunderbolt 3自体はそもそもどんな規格なんでしょう?

Thunderbolt 3側がどういう仕様を持っているか、1つの表にまとめてみました。

通信プロトコルThunderbolt
PCI Express 3.0
DisplayPort 1.4
USB
最大転送速度40G[bps]
給電能力15[W](通常)
100[W](USB-PD時)
端子形状USB Type-C

わりとシンプル。

しかし、下3行はいいとしても一番上の行の「通信プロトコル」はちょっと説明が要りそうです。

通信プロトコルThunderbolt
PCI Express 3.0
DisplayPort 1.4
USB
最大転送速度40G[bps]
給電能力15[W](通常)
100[W](USB-PD時)
端子形状USB Type-C

要点は以下3つ。

  1. Thunderboltという信号自体がちゃんと存在する
  2. Thunderbolt 3が持っている仕様の中にもDisplayPortが存在する
  3. Thunderbolt 3としてもUSBを扱える
ちょっとだけ細かい説明が続いてしまうので、読むのがメンドイ人はここはすっ飛ばしちゃってもOK!
飛ばしたい方はこちらからジャンプしてどうぞ。
通信プロトコルについて①:「Thunderbolt」という信号自体がある

Thunderboltはもともと「汎用シリアルバス」というUSBと同じジャンルの通信規格です。

「発信する側と受け取る側がちゃんと連絡を取り合えればどんな内容の信号でも流せるよ!」というもの。USB端子を使った機器が山ほどあるのと一緒で、Thunderboltでも同じようなイメージで使える感じです。

例えばThunderboltの信号を使ったものの代表例として「Thunderbolt Networking」というものがあります。

thunderbolt-networking

Macでの接続はもちろん、WindowsでもOKです。

Thunderbolt 3同士でダイレクトに繋ぎ合ったマシン同士がTCP/IP接続される、というイメージですね。いわばLANケーブルのような役割を担います。

10GBASE-Tに対応した接続になるため、転送速度の理論値は10G[bps]。しかも「まさかそんな出ないやろ」と思いきや、実速度で8G~10G[bps]を叩き出している結果もありました。

このように、「Thunderbolt自体もちゃんと独自の役割がある」というイメージが持てるとType-Cとの関連も理解しやすくなるでしょう。

通信プロトコルについて②:Thunderbolt 3でもDisplayPortが使える

Type-CのオルタネートモードでもDisplayPortが利用できるのは既に書いた通りですが、なんとThunderbolt 3自体もDisplayPortでの接続機能を内包しています。該当バージョンは1.4。

Thunderbolt 3でのDisplayPort通信を「Type-CのオルタネートモードとしてのDisplayPortです」と説明しているサイトをいくつか見かけたのですが、厳密にはこれは間違いです。

Thunderbolt 3の通信が可能なケーブルでは、そのコントローラ内にそもそもDisplayPortの信号を受ける準備があります(ソース)。

Thunderbolt 3ケーブルの中にあるコントローラーが色々な信号を切り替えている

Thunderbolt 3の中にあるコントローラが色々な信号を上手く切り替えながらデータの送受信を行っています。ちなみに現在のThunderbolt 3コントローラの名前は「Titan Ridge」という名称(バージョン)です。詳しくはこちら(英語版Wikipedia)。

ただし実際に即した表現をするなら、Thunderbolt 3に対応したType-C端子ならDisplayPortが100%使えるなどの方が直感的で覚えやすいかも。

通信プロトコルについて③:Thunderbolt 3はUSB 3.1も内包している

要点3つめ。

実はThunderbolt 3内でUSB通信自体がサポートされています。さっきのイラストでもUSB 3.1のコントローラが含まれていましたよね。

この仕様があるからこそ、Type-CのオルタネートモードでThunderbolt 3のために高速レーンを全て使い切ってしまったとしてもUSB 3.1での通信が維持できたというわけですね。

もっと分かりやすく言い換えておきましょう。

Thunderbolt 3はUSBと完全に互換性があるので、Thunderbolt 3専用の端子でもUSBは使える

と理解しておけば万事オッケーですね!

 

以上の3つが「Thunderbolt 3側にもちゃんと仕様があるんだよ」というところの説明でした。
次はThunderbolt 3とType-Cの実際の関係に迫ります。

2-3-3.実際は:Thunderbolt 3はType-Cのオルタネートモードとして動作している

ここでやっとオルタネートモードが再登場します。

これまで

  • 端子としてのType-C
  • 規格としてのThunderbolt 3

と、それぞれ個別に理解してきましたよね。

しかし実際はというと、Thunderbolt 3の基本動作原理にはType-Cのオルタネートモードの仕組みを使っているんです。

「なんやねん!!これまでの説明の意味ないじゃん!!」

という気持ちはぐっと抑えていただいて、あくまでも別々なものが、たまたまオルタネートモードという仕組みによって繋がっているだけと思ったら、なんだか前よりはスッキリしませんか?

Type-CとThunderbolt 3はあくまでも別々の存在だけど、オルタネートモードという1つの仕組みによって繋がっている

つまり、

Thunderbolt 3という規格・端子での接続をType-Cコネクタで策定してみた

あれ、これType-Cのオルタネートモードじゃん!

みたいなノリです。

これ以上の説明は技術的な話がメインになってしまうので、今回は踏み込まずここまでとしてみました。今の分かりやすさのままさらに説明を加えられる自信が僕にもまだないので、今回はこの辺りでご容赦ください。

結局「ケーブルと両端子がThunderbolt 3に対応していないとThunderbolt 3にオルタネートすることもできない」ということですね。当然なんですけど。

2-3-4.で、Thunderbolt 3って結局なんだったの?

まとめです。

まずThunderbolt 3という規格がありました。

規格の仕様はこう。

通信プロトコルThunderbolt
PCI Express 3.0
DisplayPort 1.4
USB
最大転送速度40G[bps]
給電能力15[W](通常)
100[W](USB-PD時)
端子形状USB Type-C

端子については、

「Thunderbolt 3という規格はオリジナルのものだけど、端子だけはこれから普及していくであろうType-Cにしよう」

ということでType-Cが採用されました。

usb-type-c-cable-photo

Type-C端子。

そして、Type-C端子なので当然のごとくオルタネートモードが使用でき、Thunderbolt 3という規格自体もその仕組みに則って動作することとなりました。

その結果として「Thunderbolt 3はUSBと完全に互換性がある」という状態にもなっている、ということでした。

まとめ:USBとThunderbolt 3は互換性がある

 

どうでしたでしょうか。
最後はちょっと拍子抜け感があったものの(随時改善を図ります…!)、整理してみると簡単に思えませんか?

以上で第2章「Type-C端子、そのまわりの色々」の説明が全て終了しました!

最後は第3章、これまで話してこなかった「電源」に関わる部分です。引き続きよろしくどうぞ。

3.USBでの充電、電源の仕様を知る

usb-charging-electronics-info

では、USB理解の大事な3要素の最後である3つめの柱、「充電時の電源や電圧」について見ていきましょう。

three-concept-for-usb-complete-guide-3

  1. 「規格」と「端子」の関係
  2. Type-Cという端子について
  3. 電源・電圧など充電について
     ↑今からココ!

これまで充電や電力についての話題は意識して書かないようにしてきました。言わずもがな、一度に複数の情報をお伝えすると分かりやすさが激減してしまうと考えたからです。

しかし

  • USBの「規格」と「端子」について理解している
  • 「Type-C」というややこしいものについても理解している

という今のみなさんなら、この第3章で電源に関する部分だけを後付けで読むことにより、これまでに分かりにくかった電源に関する話が嘘のようにすんなりと理解できるはずです。

内容は3つに分かれた構成になってます。

  1. 電力に関するUSBの規格ごとの仕様
  2. USB PD(Power Delivery)について
  3. 実際の充電シーンを色々考えてみる

これまでに比べたら全然シンプルなので安心してくださいね。

 

というわけで内容に入りますが、その前に大前提として1つだけ大事なポイントを。

「電力」という言葉についてです。

これは簡単、「電圧[V]」×「電流[A]」だけ!!

electric-power-equal-voltage-Multiply-current

  • 電圧のVは「ボルト」
  • 電流のAは「アンペア」

ですね。

"電" がつく言葉がいくつも出てきて嫌な感じですが、ご安心ください、USBに関する理解で必要なのは「電力」という言葉だけで十分です。

なので今は盲目的に「電力」だけを気にしてもらえるといいと思います。

3-1.USBの規格ごとの電力

usb-electric-power-by-versions

ではまずはじめに、それぞれのUSB規格ごとの仕様から見ていきましょう。

USBの各端子/各規格ごとの供給可能電についてまとめた表

たったこれだけ!
単純に規格が新しくなれば流せる電力が増えているのも一目瞭然ですね。

なにやら新しい言葉も混じっていますが、今注目してほしいのは1箇所だけです。

USBの電圧はUSB PD以外全て5Vになっている

ここ。
USB PDを除いた全てのUSB通信での電圧は5Vなんです。

いっそのこと、USBの電圧は5Vのみ!と覚えちゃいましょう!

ついさっき「"電力"だけを気にしもらえばOK」と言ったのはこのためです。

electric-power-equal-voltage-Multiply-current-transparent

この超単純な式を見れば、「電圧」が固定されるなら、結果となる「電力」だけ見ておけばいいということはすぐに分かりますよね。

実際「電流」が話に出てくることはあまり多くないですし、やっぱり「電力」だけ分かっておけば問題なし!

例外として「USB PDだけは20Vまで流せる」と考えるとさらに覚えやすいでしょう。

USB PDについても含め、さっきの表での新しい言葉なども次項からちゃんと説明しますのでお待ちを。

3-1-1.その他電力や充電に関する基本的なこと

そのほか、さっきの表とは関係のない基礎的な情報にも触れておきましょう。4つあります。

細かいですが大切です。

1.データ通信があると供給電力は落ちる

充電の他にUSBでのデータ通信も同時に行っている場合、電力の供給能力は落ちる(ことがある)というのは知っておきましょう。

イメージ的には分かりやすいと思いますが、実はちゃんと知られていません。

USBでのデータ通信があると最大供給電力が下がる

※どれくらい下がるかは色んな条件が絡むので一概には言えません。上図の数字はイメージです。

ここで言っている「落ちる」というのは、落ちた場合の最大電力がさっきの表のものになる、ということです。

USBの各端子/各規格ごとの供給可能電についてまとめた表

実は、データ通信を伴わないUSB接続の場合はここに書いてある電力以上の数値が出ることもあるんです。

「なんのための仕様なんだよ」とは僕も突っ込みたいところですが、とりあえず充電を優先したいときはデータ通信をしないようにすると意識しておくといいでしょう。

ask-connect-type-when-smartphone-usb-connect

おそらくですけど、左側のは単なるファイル読み取り可否を訊かれているだけで、「拒否」にしてもデータ通信がなくなるわけではない気がします。反対に、右側では「端末の充電のみ」というので確実にデータ通信を遮断できるでしょう。

スマートフォンでは、上記のようにUSB接続時にどういった形態で接続を行うか選択肢を提示されることもあります。

2.充電時間は電力によって決まる

これも当然ですが一応。

充電にかかる時間は供給されている電力によって決まります。

ただし、充電量自体は充電時間に比例するわけではない点は留意ください。

  • 昨今のデバイスはバッテリーが少ないときほど頑張って充電するような機能が意図的に設けられている
  • そもそもリチウムイオン電池自体が、低残量では一気に充電され、高残量では充電スピードが低下するという性質を持っている

などが理由です。

lithium-ion-rechargeable-battery-charge-time

出典:Panasonicの技術資料

このグラフを見ると、横軸の時間に対して「容量」(≒充電量)と書いてあるラインが最後でいきなり下がっているのが分かりやすい例ですね。よく見ると「電圧」の左端も急上昇しています。

3.「充電専用のUSBケーブル」というものがある

先ほど「データ通信が伴うと充電パワーが落ちることがある」とお話しましたが、それを防ぐための「充電専用のUSBケーブル」というものがあります。

これを使えば、例えばPCのいつものUSB端子とスマートフォンを繋いだ場合でもデータ通信は一切行われず、規格の最大電力での充電が保証されます。

さっきとは分けてちゃんとお伝えしたかったので、後出しになっちゃいましたがご容赦を。

4.直接USBと関わりがあるわけではないが、類似の充電規格もある

実はUSB端子が利用された様々な充電規格が他にも存在しています。

qualcomm-quick-charge-logo

これはQualcommが開発した急速充電規格「Quick Charge」。電圧は最大20Vまでいけるものの、電力の出力は27Wに留まっています。「5分の充電で5時間以上使える」がウリですね。

このモバイルバッテリーはQuick Chargeの他に、次に紹介するPowerIQにも対応しています。特にこだわりなくモバイルバッテリーを買うなら選択肢はほぼこれ1つでしょう。

anker-poweriq

こっちはAnkerの「PowerIQ」。USB PDやQuick Chargeとの互換性もあるようです。技術仕様を読んだものの、USB PDの最新バージョン(Revision 3.0)とほとんど同じような設計思想に思えました。

こちらはQuick Chargeが非搭載なものの、その差額は数百円。いずれにしてもこれらが一番売れているモバイルバッテリーでしょうね。

この他、各スマートフォン端末メーカーが独自に打ち出している充電規格もけっこうあります。
ex.)Samsung、HUAWEI、OPPOなど…

また、iPhone X以降が搭載している「急速充電」とは実質USB PDとほぼ同じもののことだと言われています。Appleはよく既存の規格呼称を使わないスタイルを取りますが、これもそのひとつだと思われます。

今挙げたいくつかの充電規格は、本質的にはUSBに属する規格ではないとして今回の記事では解説の対象としていません。
これらは「世界標準に近づいているUSB PDの邪魔者」と考える向きもあり、実際にGoogleは排除したい意向も見せていることなども除外した理由です。

 

さて、USBの充電に関する基礎的な内容はこれでほぼ理解できましたね!

usb-complete-guide-table-of-contents-for-user-5

次はいよいよ、現代のUSBでも大きな要素となっている「USB PD」についてです。

3-2.USB PD(Power Delivery)とは?

usb-power-delivery-main-logo-milmemo

ここからは、今まで名前が出ていながらもずっと後回しになってしまっていた「USB PD(Power Delivery)」についての解説です。

まずは例によって基礎的な知識を固めたあと、少しずつ理解の幅を広げていきましょう。

今回は2部構成です。

  1. USB PDの概要
  2. 他の規格との関連

3-2-1.USB PDの概要

USB PD(Power Delivery)とは従来のUSBより遥かに大きな電力を流せるようにした電源に関する規格のことです。Type-Cケーブルを使って利用する規格の1つでもあります。

USB PDは今までのUSBでの電圧5Vより遥かに大きい20Vを送電可能

一番最初の表にもあるように、これまでのUSB接続での電力供給量とは桁が違います。

今まで実際に多く使われていたのはUSB BC(Battery Charging)というやつで、これでもたった7.5Wです。USB PDでは最大100W流せますので、なんと13倍

これまでの最大供給電力7.5Wに対して100Wは13倍もある

「USB PDのみ20V流せると覚えましょう」と言いましたが、それに5Aを掛けるので、20[V] × 5[A] = 100[W]ということ。分かりやすいですね。

20Vに5Aを掛けると100Wになる

ただ単に大電力を流せるというだけではなく、「双方向への電力送信」のような仕様がオルタネートモードなどにも役立っているのはこれまでに説明してきた通りです。

USB PDにも対応しているならディスプレイ側から給電がされる

ディスプレイに映像を出力しつつ、電源はディスプレイからもらうこともできる。

以下USB PDについての大きな特徴を述べます。3つです。

1.双方の対応が必須

これまでのUSBに関する規格の例に漏れず、

  • 充電したいデバイス
  • ケーブル
  • 送電させるデバイス(充電器など)

の全てが対応されていないとUSB PDの利用はできません。「Type-Cケーブルで繋いだから絶対にUSB PDが使える」は間違いです。

端子(各デバイス側)については、

usb-pd-support-connector-label

このような

  • 雷マーク
  • 電池アイコン
  • コンセントの絵

などの表示があるかで確認でき(ることもあり)ます。もしくは単にデバイス自体の仕様を確認しても良いでしょう。普通に「USB PD対応」などと書かれていることが多いかと思います。

みるみ
みるみ

例によって表示は義務化もされていなければマークすら定義されていません。電池アイコンも違う意味を持っていたりするので注意です(後述)。

スマホは端子がType-CならほぼUSB PDに対応していると思って間違いないです(前述しましたが、それでもUSB 3.0/3.1とは限らないので注意)。

ケーブルは簡単です。

とりあえずType-Cケーブルを用意するだけで、USB PDの対応だけに関して言えば心配は無用。ただしUSB 3.0~の通信ができるか、オルタネートモードが使えるか、などはまた別問題です。もう分かってきましたよね、この感じ。笑

以下はUSB PD対応ケーブルの例です(USB 2.0品)。

USB 3.1の通信も欲しい場合は、例えば以下がおすすめ。

充電アダプタの場合は、

ac-adapter-usb-pd-Power-Data-Object

出典: PC Watch

このように電圧[V]と電流[A]の組み合わせ(「Power Data Object」=「PDO」)が記載されていることが多いです。

充電器もUSB PD対応品の例を挙げておきます。

個人的意見ですが、充電器を買うならQuick Chargeなどの急速充電よりまずUSB PD対応を優先するべきです。そもそも電力が足りなくて充電できなかったら元も子もないですから。

2.「パワールール(Power Rules)」という仕様に則って充電される

USB PDの給電原理は「パワールール」というものによって制御されています。

USB PDにおけるパワールールの表

このようにある一定で区切られた電圧[V]ごとに、流してOKな電流値[A]を決めているのが基本的な仕組みです。

ゆえに、USB PD対応を謳うデバイスは「必要と思われる電圧[V]より小さいものの中で最も大きい電圧値[V]で流しても良く、さらに、その結果規定より大きくなってしまった電流値[A]が流れてきたとしても動作するように」対応させねばなりません。

この例については、ルネサスのこのページがとても良質な解説をしています。

みるみ
みるみ

ちょっと難しくなっちゃいましたが、ここは正直気にしなくてOK!

3.動作要件はUSB 2.0以上

USB PDはUSB 2.0以上なら全てのUSB規格でサポートされています(もちろんType-Cケーブル利用時&諸々の条件クリア時のみ)

しかし、それは「常に最大電力の100Wを流せる」という意味ではないので注意してください。

先ほども言ったように「お互いのデバイスの状況を見て臨機応変に供給電力を決めている」ので、その条件に見合わなければ当然最大値の100Wが流れないこともあります。というか100Wが流れるケースは全体的に見れば少ない方です。

USB PDでも100Wを供給できるケースは珍しい

100W、つまり20[V]で5[A]流せるパターンがごく一部しかないことはさっきの表からも分かります。

もっと言うと、100Wよりさらに少ない60Wを流すためにすら

  • Type-Cケーブルのコネクタ内に「eMarker」という専用チップが搭載されている
  • USB 3.1以上である

のどちらかを達成している必要があります。

…話がややこしくなってきたので、今回は細かい理屈は抜きにして分かりやすくまとめてみましょう。

「基本的に100Wという数字は積極的に狙わなくていい」

  • 対応をチェックしなければいけないものが多く、調査も大変
  • コストもかなり割高になります

という前提があったその上で、

「充電の質を狙うなら60W対応を目指そう」

  • ケーブル選びを気にすることない範囲での最大供給電力
  • Ankerなど有名メーカーで、かつ手頃な価格で対応している充電器も多い

と、なります。これなら分かりやすいですよね。

参考までに60Wまでの給電に対応する充電器の例をご紹介しておきます。

あくまで個人的見解ですが、この理解を1つ自分の中にベースとして持っておくと、USB PDに対するイメージはぐっとクリアになるのではないでしょうか。

 

以上がUSB PDの概要でしたが、やや小難しい話が多めになってしまいました。最後のまとめの部分だけ意識していただければいいかと!

3-2-2.他の規格との関連を知る

USB PDの説明の第二段階として、ここではType-Cなども含めた他の規格との関係、USB PDの立ち位置などを確認していきます。

内容は4つです!

1.改めてType-Cとの関係をまとめる

1つ前の項ではUSB PDの基本事項についてズラッと書いてしまったので、結局Type-Cとの関連がどうなっているかは不明瞭だったと思います。改めてまとめておきましょう。

まずUSB PDはUSBの端子の1つ、Type-C端子によってのみ利用できる規格です。

USB PDはType-C端子でのみ使用可能

しかし、Type-CであるからといってUSB PDが必ず使えるわけではありません。

Type-C端子ならいつもUSB PD対応なわけではない

ここまではもうバッチリですね。

そして、Type-C自体はそもそもUSB 2.0~USB 3.2まで全て使えるコネクタですから、当然USB PDもUSB 2.0~USB 3.2まで全てに対応していることになります。
※ややこしくなるのでUSB4は除外してますが当然使えます。

USB Type-C端子が対応するUSB規格

第1章で掲載した表より。Type-C端子が対応しているUSB規格(バージョン)は、当然USB PDの対応対象でもあります。

で、「実際に接続したときにどれくらいの電力が流れるのか」ですが、これは充電されるデバイスがどれくらいの電力を欲しがっているかによって自動的に決まります。

例えば、12[V] × 2[A] = 24[W]で動作するデバイスがあったとします。

12v-2a-24w-elec-machine

これを、「USB PD対応」と書かれた以下のような充電器を使ってコンセントから充電するシーンを考えてみましょう。

ここで使うのは、前述の「パワールール」。これに沿って考えていくと…。

USB PDにおけるパワールールの表

①:USBでの接続がされると、デバイス側が「僕は12Vが欲しい」と充電器側に伝えます。

②:しかしパワールールにはズバリ「12V」という区切りはありません。9Vか15Vです。大きい電圧を流すのは危険ですから、自動的に9Vに決定されます。

③:結果として、デバイス側には9Vが流れます。本当は12Vが欲しいのに9Vしか貰えないわけですが、USB PD対応デバイスならば「1つ下の電圧値でも正常に動作するように設計しておかなければならない」という取り決め上、問題なく動作します。

④:流れてくる電圧[V]が決まったので、必要な電力[W]との関係から、24[W] ÷ 9[V]で2.67[A]の電流が流れることも決定しました。同じく欲しかった2[A]より大きい値になってしまいましたが、例によって「USB PD対応デバイスでは正常に動作するようになっていなければならない」ので、問題なく動作します(細かい計算は割愛)。

USB PDのパワールールに沿って実際の供給電力が決まる流れの例

という感じです。

ちなみに今の例だと、最終的に流す電圧は9V、電流は3A未満なので、前述した「eMarker付きケーブル or USB 3.1対応ケーブル」じゃない普通の「USB PD対応Type-Cケーブル」でも充電可能、というわけでした!

ここまでの説明で、Type-Cとの関連がハッキリするとともにUSB PD全体の振り返りにもなったと思いますが、いかがですか??

2.「USB Type-C Current」について

充電についての第3章の冒頭でお見せしたこの表、実はまだ知らない言葉が混ざっていました。

Type-C Currentという言葉はなんだろう?

この「USB Type-C Current ◯A」ってやつですね。

言葉自体は初登場でしたが、なんてことはありません、ただの「USB PDではない通常充電モード」のことを言っているだけです。

Type-Cケーブルが持っている標準の充電モードを「USB Type-C Current ◯A」と呼んでいるだけで、種類も

  • Current 1.5A
  • Current 3A

の2つしかありません。

「Current」という言葉は「今の/現在の」という意味の他に、単に「電流」という意味がありますよー!

見分け方は相変わらず皆無で、特にここに至っては「USBテスターで測定してみる」以外の方法はないと思います。

USB接続の間に挟むと電圧/電流を測定できるデバイスです。1,000円~2,000円程度。楽しいので買っておきましょう。笑

3.「USB BC(Battery Charging)」というのもあるんです

やっとコイツの出番です。

「USB BC(Battery Charging)」という、誰も知らないのに毎日たくさん使われているヤツがいるんです。現行バージョンは1.2。

usb-battery-charging-from-usb-electric-power-by-version

実は最初の表にも登場してましたね。

USB BCは、USB 2.0をベースに考えられた充電に特化した規格で、ちょうどUSB PDの先輩みたいな感じです。

急速充電の基本で、格安充電器ですらほぼ全て対応しているくらいの普及度ゆえ、わざわざ表記されているものは滅多にありません(僕は見たことない)。みなさんがこれまで名前を聞いたことがなかったであろう理由もここにあります。

PCのUSB Type-A端子もUSB BCに則った仕様のものはかなり多いため、その場合の基本的な出力電力値は全て7.5Wに及びます。

ちなみにPCではUSB BCもちゃんと表記がされていることがほとんどで、「電池系のアイコン」などが書かれてあればそれです。

usb-battery-icon-label

また、「USB PDが登場するまでの最大値だった」のがUSB BCのことでした。

USB PD登場まではUSB BCの7.5Wが最強電力だった

注意したいのは、USB PDが登場したからといってUSB BCはなくならないということ。

理由はもうお分かりですよね。USB PDはType-Cでしか使えないからです。

MacBookや薄型ノートパソコンならともかく、あと数年で全ての機器のUSB Type-A端子がなくなるとは到底思えません。だからUSB BCもなくならないよ、ということですね。

4.またお前か。「Thunderbolt 3」

USB PDの最後の説明です。ラストを飾るのは「Thunderbolt 3」くん。

物事をややこしくさせることで有名なThunderbolt 3ですが、今回に限っては簡単。

あるのはThunderbolt 3対応の端子/ケーブルの通信ではUSB PDもサポートされているという事実だけです。

Thunderbolt 3専用端子/ケーブルならUSB PDも対応

オルタネートモードでのThunderbolt 3のことを言っているわけではないので注意してください。「Thunderbolt 3としての端子/ケーブルかどうか」ということです。

ただし「Thunderbolt 3専用じゃない単なるType-Cケーブルでのオルタネートモード」の場合は、USB PDとの関連は特に規則性はありません。

気になる方もおられるかと思い、一応の説明でした。

 

USB PDの説明は以上!充電に関する第3章で残るはあと1つです。

usb-complete-guide-table-of-contents-for-user-6

いよいよ次が本編最後の解説部分になります!

3-3.様々な充電シーンを考えてみよう

many-Scene-for-usb-chaging

これまでの知識の復習も兼ねて、実際の充電シーンを考えながら色々な注意点を紹介します。ぜひ実生活に役立ててみてください。

3-3-1.PCとスマートフォンを接続したとき

日常で最もUSBと関わる機会はやはりPCとスマートフォン、そしてこの2つの接続時でしょう。

しかし、

  • PCにスマホを繋いで充電しているのに全然充電されていなかった!
  • PCをスリープしたらスマホには全く充電されていなかった!
  • スマホを充電していると思っていたのにスマホからPCに給電されていた!

のようなトラブルは日々起こり得ます。これらを解決するような知識をここで身につけましょう。

スマホが必要とする電力を知っておこう

これまで説明してきた内容からすると、どうやら充電したい機器がどれくらいの電力を必要としているのかを知るのが大切そうです。

ではスマホは一体どれくらいか?

5~8W程度です。

まずこの数字を覚えておくといいでしょう。

鋭い方は「USB BCでのType-A端子が7.5Wだったからそこでちゃんと充電されればちょうど良いくらいだな」と気付いたかもしれません。

その通りです!

データ通信やその他の理由によって極端に供給電力が落ちない限り、USB BC対応(電池アイコンetc)のType-A端子ならだいたいちゃんと充電できます。

Type-A端子から充電するときは要注意

今の話と続きますが、PCならUSB BC対応端子に挿し替えればいいものの、PC以外のデバイスでは要注意です。

モニターやキーボード、プリンターなどにもUSB端子が搭載されていることがありますが、これらの供給可能電力は超低いからです。

monitor-backside-usb-port-example

皆さんの周りにある一番良い例はモニターでしょう。

もともと充電を目的とした設置ではないため、ほぼ役に立たないと思ったほうが吉。

「Type-AならUSB BCは必須」と覚えておきましょう。

充電に限り、端子の形を変えるだけで意味がある

さらなるTipsとして、Type-A端子で電力が足りない場合にはType-C端子に変えてみるという方法があります。

たとえUSB PDに対応していなくとも、「Type-C端子というだけで7.5Wか15Wの出力が可能」なのはみなさんも知るところです。

type-c-current-elec-power

ということは、「Type-C端子に接続してから端子の形状だけをType-Aに変えてしまえばいい」わけです。

上記のような変換アダプタを使えばバッチリです。変換アダプタについては後ろでも少しまとめていますのでまた。

完全に余談なんですけど、ここで1つちょっとしたネタを。

全部同じじゃないですかクソコラグランプリ」で作成された以下の画像、普通なら嘘かホントかも分からないレベルだと思いますが、今のみなさんならたぶん全て分かるはず。

全部同じじゃないですかType-C編

解説入れてみました。

全部同じじゃないですかクソコラグランプリType-C編解説

もうUSBマスターの称号はすぐそこです…!

PCには常時給電対応端子がある

PCのUSB端子は、基本的に電源がONのときにしか給電(送電)されないようになっています。

なので電源がOFFのときはもちろん、スリープにするだけでも充電はされなくなっちゃうんですよね。これは日頃けっこう困っている方も多いはず。

そこで使うのが「常時給電」対応のUSB端子。Type-Aに限らずType-Cでも存在しています。

usb-port-with-battery-symbol

また電池アイコン…。

電池アイコンや雷マークが多いですが、なぜかルールが統一されていないのでこれが「USB BCのラベルなのか」「常時給電のラベルなのか」はたまた「USB PDのラベルなのか」全然分かんねぇという困った事情があります。

こればっかりは本当にどうしようもないです。仕様もないどころか、どこかにラベル表示の一覧があるわけでもなくかなり混沌としています。

zenzenwakaranai-oretachihafunikidejudenshiteiru

フィーリングで行きましょう、フィーリングで。

みるみ
みるみ

少し真面目なことを言うと、上記の「電池にプラスアイコン」は常時給電の可能性が高く、同時に「Type-AならUSB BC」みたいなパターンが多いです。

USB PD対応の場合は充電の方向に注意する

昔からの癖で「PCにスマホを繋いだら問答無用でスマホ側が充電される」と思い込んでいると、なぜかスマホからPCに給電されていてスマホはすっからかん、なんてことが起き得ます。

言わずもがな、USB PDによる双方向への電力送信の仕様によるものですね。

USB PDにも対応しているならディスプレイ側から給電がされる

基本的には上図のように「外部から強い給電を受けていないデバイス(=コンセントに繋いでいないもの)」に向かって充電されるような仕組みのはずなのですが、たまにそうではないこともあります。

僕もコンセントに挿したノートPCからAndroidにUSB接続したらAndroidから給電されていたことがありました(片方がコンセントに繋がっている場合にこうなってしまうのはAndroid側、もしくは端末メーカー側の事情によるものと推測しています。基本的には起こらないと思って良いです)。

3-3-2.PCとディスプレイを接続したとき

ディスプレイと繋いだときの挙動も確認しておきましょう。これは充電というよりはUSB PDの仕組みですね。

基本はさっきと同じこの1枚の絵で説明できます。

USB PDにも対応しているならディスプレイ側から給電がされる

今までの法則にならい、「直接電源に接続していない方が給電してもらえる」という図式が成り立っていますね。

さらには、USB PD対応のディスプレイの多くが持つ「USBハブ機能」を使えばこんな使い方も。

USB PD対応ディスプレイの多くはUSBハブ機能も持っている

「意味あるんかいな」というツッコミは黙っておきましょう。笑

また、デイジーチェーンの場合になってもこの関係は変わりません。

daisy-chain-monitor-display-type-c-thunderbolt-3

「フルHD」「4K」とあるのは、前述したように「Type-Cでのオルタネートモード版DisplayPort」と「Thunderbolt 3専用ケーブルでの接続」との違いです。

2台目以降のディスプレイもコンセントへ繋がっている点に注目してください。ちなみにこれはThunderbolt 3でのデイジーチェーンになっても変わりません。

3-3-3.USBハブを使うときは電力まわりに特に注意

今まで登場していませんでしたが、「USBハブ」というものがありますよね。

my-usb-hub

ご存知どんどんパソコンまわりの配線がごちゃごちゃになっていく犯人のアイツです。

USBハブは大きく2つに分かれます。

  1. バスパワータイプ
  2. セルフパワータイプ

パスパワーとはUSB接続自体から電力をもらって接続先のデバイスを動作させるもので、つまりは一般的なUSBケーブルの分岐、という位置づけです。

バスパワータイプのUSBハブで接続した場合、繋いだ分だけ電力は減る

分岐した回路では電圧[V]は等しくとも電流[A]は足し算になってしまうので、供給できる電力は接続した数だけ減っていきます。

しかし繋いだデバイスが多くの電力を必要とするものだった場合、すぐに動作に支障をきたすであろうことは目に見えています。

これでは繋いだデバイスも動きません。

そこで登場するのが2つめのセルフパワータイプ。

USBハブ自体が電源入力を持っていて、ここで得た十分な電力を接続先のデバイスに供給するタイプです。電源はACアダプタの他に、USBでの給電ができるものも出回っています。やや再帰的ですけど…。

セルフパワータイプのUSBハブでは電力に困らない

特に

  • 外付けHDD
  • CD/DVD/BDのディスクドライブ

あたりは消費電力が大きいので、ハブを介して繋ぐならセルフパワータイプを選ぶのが必須だと思います。

ちなみにUSB PD対応のUSBハブというものもあります。
パスパワーで使えばPCから十分な電力を受け取れるので問題なく接続先デバイスを駆動させられるし、セルフパワーで使えばPCへの給電もできちゃうというスグレモノです。

電力の話ではないですが、USBハブは規格が古いものにあわせて動作するので、基本的にはUSB 3.0かUSB 3.1対応のものを買っておくのがいいです。

USBハブで接続すると低い規格に合わさる

例えば、もし手持ちが「USB 3.0のハブが1つ、USB 2.0のハブが1つ」ならば、比較的速度や電力が関係ないマウスやキーボード類をUSB 2.0のハブに集め、それ以外の外付けHDDやディスクドライブはUSB 3.0ハブに集めておくと良いでしょう。

最後に、僕も使っているUSBハブをご紹介しておきます。

セルフパワーでも使えるUSB 3.0の4ポートタイプで、謎に遅延に強いとVR界隈で地味に人気のある一品です。実感はないですが、家に溢れかえるUSBハブの中でなんとなくメインとして使っています。

そしてさらに、僕は持っていませんが急速充電端子付きのUSBハブもあります。

ガジェット好きの方はこれを持っておくと充電ポートに困ることもかなり減るはず。

最後にもういっちょ余談。

理論上、USB端子は1つの端子から最大127個まで増やすことが可能です。USBハブを繋ぎまくって1つのポートに127個のUSBデバイスを繋げるってことです。笑

2012年の段階では、週刊アスキーが100台まで接続に成功しています。
めっちゃ面白い記事なのでぜひどうぞ。

 

さて…。皆様大変にお疲れさまでした。

充電や電力に関わる説明も以上で終了し(簡単でしたね)本編の説明自体もこれにて全て終了です!!

usb-complete-guide-table-of-contents-for-user-7

ここまででももう相当なUSBマスターになっているはずですが、最後にその力試しをすべく、まとめを兼ねてもうちょっとだけ一緒に進んでいきましょう!

USBについてのまとめ:今までの知識を駆使して適切なケーブル選びをしよう

長かったですね。

ここまで、USBというものについてその全容を理解するために3つに分かれた章をご覧になっていただきました。

USB理解のための3つの要素

この記事を読み始める前はごっちゃになっていたそれぞれの要素も、今ではこの3つに沿って綺麗に整理されているのではと思いますが、いかがですか?

細かいところは読み直していただくか、もしくはこの記事へコメントいただくのももちろん構いませんし、Twitter(@milmemo_net)へご連絡いただいても結構です。誤りなどのご指摘等もありましたらぜひ。

では最後に、これまで読んできた内容を振り返ることを兼ねて「実生活でのUSBケーブル選び」について考えてみましょう!

ケーブル選びも「USB理解のための3つの要素」で進める

ケーブル選びの手順も、実は今回の記事の大枠である「3つの理解」が活きてきます。

  1. まずは端子を見て、それから規格を考える
  2. Type-Cならそれに付随する情報をチェック
  3. 充電も重要なら電力不足にならないかチェック

というように、ちょうどいい感じで分担してケーブル選びに役立てていけるというわけです!

もちろん実際はそんなまどろっこしいことはしなくてもいいですが、せっかくなので今回はこの内容に沿って進めてみましょう。

①:端子と規格の組み合わせをよく見よう

まずは規格と端子の関係を明確にします。

以下にPC側(従来でいう「親」)と周辺機器側(従来でいう「子」)での規格と端子の現状について改めてまとめてみました。

主流のUSB規格とUSB端子をまとめた表(PC側)

↑PC側(親)

主流のUSB規格とUSB端子をまとめた表(周辺機器側)

↑周辺機器側(子)

特に説明は不要かと思いますが、僕の体感ベースでの「普及レベル」なども書いてみましたのでぜひご覧ください。

また、第1章ではアイコンラベルを掲載していなかったのですが、代わりにここでまとめて載せておきました。このセリフが何度目か分かりませんけど表示は義務化されていない&種類もバラバラなのでいつものごとくご注意を。

また、自宅ではこんなアイコンラベルも見つけました。

usb-3.1-logo-icon-label-mark

ググっても驚くほどヒットしないし、なぜか情報が枯渇している。よく見かける気はしますけど…。

この「3.1」が複数の意味を持ち得ることはもうみなさんも分かると思います。ので、メーカーのスペック表を見てみたら

pc-maker-spec-table

となっていました。「端子がType-Cだからこれは(この記事で呼んできた)USB 3.1のことだな」かと思いきや、実は隣にはType-A端子にも同じアイコンラベルが印字されていてもう意味不明です。

みるみ
みるみ

…。
ただでさえUSBという世界が混沌としているんだから、もうちょいなんとかしてくんない?

 

まずはこれらの表を見て、必要なケーブルの両端の端子形状/規格バージョンを絞り込むのがおすすめ。

当然、接続したいデバイスの対応規格バージョンが何であるかは事前に確認しておく必要はあります。バージョンが高いものに合わせておけば損はないですが、関連商品の購入が絡む場合などは無駄な出費とならないよう要注意です。

ケーブルについては簡単で、パッケージを見れば当然USBのバージョンは分かります。

usb-cable-package-example

ケーブル単体だと仕様の確認には難儀するものの、パッケージに入っていればだいたいなんとかなる。

しかしUSB 3.0/3.1/3.2の表記はカオスなので、バージョン番号を見るのではなく転送速度を見るのがおすすめ。

単に

  • 5G[bps] → USB 3.0
  • 10G[bps] → USB 3.1
  • 20G[bps] → USB 3.2

というだけです。しかも、言わずもがなUSB 3.2の存在を気にするのはType-CケーブルのときだけでOKです。

ここまでが分かっていればだいたい問題ないでしょう!

②:Type-Cが絡むときは色々確認しよう

例によって、Type-Cが絡むときは確認しなければならないことが色々と増えます。

ファイルのやり取りなど高速な通信がしたい
→通信速度は規格に依存するので、USB 3.0/3.1などなるべく新しい規格のケーブルにするべき

ディスプレイと繋ぐ用途があるかも
→少なくともUSB 2.0のケーブルは選んではいけない(USB 3.0かUSB 3.1ならOK)

充電関係も1本にまとめたい
→「USB BC対応のType-A - USB BC対応のMicro-Bなど」か「USB PD対応のType-C - USB PD対応のType-C」という端子の組み合わせになっており、かつケーブルも適切な選択をする必要がある

できればThunderbolt 3で最高速(40G[bps])の通信もしたい
→Thunderbolt 3専用ケーブルを用意する必要がある(USB通信は2.0で諦める必要がある)

こういう感じ。

また、Type-Cケーブル自体の対応規格は見た目だけでは判断がほぼ不可能なので、購入するときのパッケージや仕様書に頼るしかありません。

usb-type-c-cable-package-example

ただし、右側の例のように「USB 3.1」という表記の場合は「USB 3.0」のときと「USB 3.1」のときどちらも有り得るので注意(体感では3.0のことの方が多い気がする)。

基本的に開封してしまったらもう仕様は分からないので、自分でラベルなどを巻きつけてメモっておくしか手がないです。

それともうひとつ、大事なので何度も申し上げておきますが、スマホのType-C端子はUSB 2.0のものが多いので十分に注意してください。USB 3.0/3.1のType-Cケーブルを買っても無駄になってしまうということです。

なお、仮にType-C端子がUSB 2.0だったとしてもスマホの場合はほぼUSB PDに対応しているので、充電の面ではあまり心配は要りません。もちろんこれも仕様書などをチェックする以外に方法はありませんが(電池やバッテリーの記載の辺りを探すと手がかりが見つかりやすいです)。

③:充電環境も気をつける

手順の最後は電力に関する部分ですが、実はこの部分は①と②が適切に行われていればほぼ完了しています。

注意することがあるとしたら、USB PDではないType-Cケーブルには1.5A品と3A品があるというところでしょうか。

Type-C Currentという言葉はなんだろう?

ここで出てきた

  • Current 1.5A
  • Current 3A

というのがありましたね。

ケーブルを購入するときはパッケージに記載されている「5V・◯A出力対応」などのような表記を探しましょう。

USB PDではなくとも、3Aの出力が可能なら5[V] × 3[A]で15[W]給電できますから、スマホ程度なら十分すぎるくらいです。

USBケーブルの購入について諸々

これまでケーブル自体にフォーカスしてちゃんとしたまとめは行ってきていなかったので、最後に軽くご紹介。商品例も一覧にしていますのでぜひ参考にしてみてください。

紹介しているケーブルのメーカーは

  • Anker
  • UGREEN
  • Plugable
  • (Amazonベーシック)

あたりの、品質と販売実績で信頼があるものを選んでいます。安心してご購入ください!

ケーブルの購入において注意したいのは、良かれと思って買った高レベルのケーブルが無駄になってしまうパターン

特に

  • USB 3.1
  • Thunderbolt 3
  • USB PD

あたりが要注意です。

大原則、もう一度言っておきますよ。

「繋ぎたい端子同士とケーブル、この3つが仕様に沿って初めて利用できる」です。

お忘れなく。

ケーブル両端のUSB端子の組み合わせは?

繋ぎたい2つの端子が手元にあっても、それを繋ぐケーブルがそもそも存在していないとどうにもならないですよね。

というわけで、どういう組み合わせタイプのUSBケーブルがあるかを2つに分けてまとめてみました。

USBケーブルの両端の端子形状の組み合わせマトリクス表

※1:USB 3.1は「✕」レベルの激レア ※2:Micro-B側がUSB 2.0/USB 3.0では「△」くらいだが、USB 3.1では「✕」レベル

こちらはマトリクス表になっていて、両端のケーブルの組み合わせについてまとめたもの。

注意点は、

  • 「Type-A」と「Type-B」と記載があるのはそれぞれ「Standard-A」と「Standard-B」のこと
  • 端子は全てオス前提
  • 「✕」とあるのは、激レアかもしくは存在しないもの(明確な線引きは不能なためこうしています)
  • USB 2.0/USB 3.0/USB 3.1とで当然レア度が変わるものはあるにせよ、そこまで細かくは記載していない(一部注記あり)

です。

表の2つめ。

ケーブルの
端子の組み合わせ
規格普及度周辺機器
に付属
製品の例
Type-A
Type-A
USB 2.0-Amazonリンク
USB 3.0-Amazonリンク
USB 3.1--
Type-A
Type-B
USB 2.0するAmazonリンク
USB 3.0するAmazonリンク
USB 3.1しない-
Type-A
Micro-B
USB 2.0するAmazonリンク
USB 3.0するAmazonリンク
USB 3.1しない-
Type-A
Type-C
USB 2.0するAmazonリンク
USB 3.0するAmazonリンク
USB 3.1するAmazonリンク
Type-B
Type-C
USB 2.0しないAmazonリンク
USB 3.0しないAmazonリンク
USB 3.1しないAmazonリンク
Micro-B
Type-C
USB 2.0しないAmazonリンク
USB 3.0しない-
USB 3.1しないAmazonリンク
Type-C
Type-C
USB 2.0するAmazonリンク
USB 3.0するAmazonリンク
USB 3.1するAmazonリンク

こっちは、さっきのマトリクス表からメジャーな組み合わせだけを抜粋し、規格を含めて通常の表に組み替えたものです。基本的にUSB 3.1が絡むと対応数はぐっと減るというのが現状です。

製品例のリンクも掲載しておきましたので購入の際の参考にしてください。

「変換アダプタ」の存在:端子の形さえ合えば基本的に接続可能

ケーブル続きで「変換アダプタ」についても。

USB接続自体はほぼ全て互換性があるので、端子の形状さえ無理矢理にでも揃えられれば基本的に通信は可能です。

USB 1.1からUSB4までの互換性があることは確認できています。USB 1.0のみ裏付けが取れませんでしたが、たぶん死ぬまで使うことはないでしょうからヨシとします。

なので、新しいUSBケーブルを購入するよりも、まずは「変換アダプタ」で代用できないか検討するといいかもしれません。

これもまとめました。

変換元(メス)変換先(オス)イメージ規格製品の例
Type-AType-Cusb-a-to-c-exampleUSB 2.0-
USB 3.0Amazonリンク
USB 3.1-
Type-CType-Ausb-c-to-a-exampleUSB 2.0-
USB 3.0Amazonリンク
USB 3.1-
Type-CMicro-Busb-c-to-micro-b-exampleUSB 2.0Amazonリンク
USB 3.0-
USB 3.1-
Mini-BType-Cusb-mini-b-to-c-example-trueUSB 2.0Amazonリンク
USB 3.0-
USB 3.1-
Micro-BType-Cusb-micro-b-to-c-exampleUSB 2.0Amazonリンク
USB 3.0-
USB 3.1-

僕も初めて気付きましたが、変換アダプタは2.0仕様が少ないですね(B系が絡んでいるものに関しては端子形状的に当然です)。最初から上位のものを用意しておけば大は小を兼ねるという考え方でしょうか。

usb-type-c-to-type-a

ケーブルタイプの方が一般的かも。一番使うのはやはり「Type-Cオス - Type-Aメス」。1本は持っておくといいでしょう。

また、下記のように「延長ケーブル」というものもあります。適宜ご使用ください。

みるみ
みるみ

延長ケーブルもアクティブケーブルとパッシブケーブルと実は分かれていますが、日常生活でその差を意識する必要はないはずなので気にしなくてOK!

ただし付随する機能や規格、転送速度などは全てレベルの低い方になってしまう点だけはお忘れなく。「上位互換」というやつですね。

 

これで「まとめ:USBケーブル選び」も終了です!

おまけ:USBに関する比較的重要ないくつかのこと

最後、軽いおまけを3項目だけお伝えして本当に終わりです。

「比較的重要な」と書いてありますが別に読まなくても問題はありません()

①:「OTG(On The Go)」について

usb-on-the-go-main-logo

Type-Cに関する説明の部分で「USBはもともと親子の概念が強く、A系端子で繋がったものがホスト(親)、B系端子で繋がったものが周辺機器側(子)という関係になる」とお話しました。

従来のUSBは接続した時点で親子が勝手に決まる

つまり、「周辺機器同士ではUSB接続できなかった」のですね。スマホにマウスを繋ぐ、みたいのはイレギュラーだったわけです。

これを解決するために生まれたのが「USB OTG(On The Go)」でした。

周辺機器同士で繋いでも、擬似的にどちらかを親に見立てることができる技術です。

USB OTGで接続すると、どちらが親にも子にもなれる

しかし、USB OTGの登場時は既存のUSB通信に組み込まれるような形で仕様が策定されたわけではありませんでした。

なので、

このような「OTG変換アダプタ」を使うことで、例えばスマホにマウスやUSBメモリを繋いだりできるようになったんです。

この記事の初めの方で

  • 「Mini-AB」
  • 「Micro-AB」

などの幻の激レア端子があることをお話していますが、実はこの背景にはOTGがいました。

デュアルロールデバイスの最もシンプルな例

並列に並んだ同じレベルの機器同士が繋がれるとき―これがOTGが本来想定していた利用シーンですが(デュアルロールデバイスといいます)―このときに「どっち側にA/Bどちらのケーブルを挿してもいい」としたかったわけです。だからAとBが一緒になったコネクタが現れたんですね。

しかし現在では、表立ってこの表記が使われることはなくなっています。

  • Type-Cという「親子の概念自体に縛られない規格」が登場したこと
  • OTGの仕様自体がUSBの標準にどんどん取り込まれていったこと

などが理由です。

②:今度「USB4」っていうのが新しく出るよ(出たよ)

usb4-logo-mark

第1章でも触れていますが、2019年の9月にUSB4というものが発表されています。

USB4は、Thunderbolt 3をベースにそっくりそのままUSBに置き換えたような規格です。

Thunderbolt 3はUSBを取り込んだような規格でしたが、今度はUSB4がそれを飲み込んだような形ですね。なんだかイタチごっこの香りが…。

では何が変わったか?というと、USBでの通信で40G[bps]を叩き出せるようになったのが大きな変更点。

「実質Thunderbolt 3だけど、純粋なUSBだよ」と思っておけば今は十分でしょう。まだUSB 3.2の製品すら僕らの手元にはない状態ですし、出回るのは数年先かと思われます。

現状では、

  • シールド強化されたUSB4専用ケーブル(未発売)
  • Thunderbolt 3の専用ケーブル

のどちらかを使うことで利用が可能になります。これって汎用性激オチしてるんじゃ…

③:PCのUSBポートによって認識したりしなかったりする問題について

pc-usb-port-reverse-ok-ng

直接USBの規格自体に関わる話題ではないですが、一応付記しておきます。

「PCのUSB端子に何かを挿してみたら認識しなかったけど、違う端子に挿し直してみたらちゃんと使えた」

という経験、あるある ですよね?

これについて有益な考察ができたので別の記事にまとめています。ご興味ある方は下記リンクからどうぞ。

自分のPCの事情は知っておくといいかもしれません。

おわりに

これでUSBに関する全ての内容を書き終えました。

まずは 大変お疲れ様でございました。
そしてここまで読んでくださって本当に本当に、ありがとうございます。

「いかがでしたかブログ」にはなりたくないですが、今度ばかりは言わせてください。

いかがでしたか?

みなさんの知りたい情報は書いてあったでしょうか。
分からなかったことは解決できましたでしょうか。

今までに得たUSBの知識はもちろん、「ユーザーファーストでブログを書く」という点においてもこれまでの総力を結集させて書き上げたつもりです。

どうやったらみなさんが読みやすい・分かりやすいと感じるかを常に考えながら書きました。しかしそれでもまだ足りていないであろうことは十二分に承知しておりますので、分かりにくかった点などはなんなりとご指摘ください。

 

USBについて何かをググってみると、なんとなくの解説がなんとなくまとめられていて、それを読んだこっちもなんとなく分かった気になっちゃいます。

いや、でも待てよ?読んでみたはいいものの、「結局…なに???」

みたいなパターンをみなさん死ぬほど経験されているはず。

それらが検索上位を占めていては多くのユーザーさんたちも正しい知識を身に付けられません。そんな状態をなんとかしたい、この混沌とした「USB」という世界をスッキリさせたい、そんな思いからこの記事を書き始めました。

僕は記事公開後もかなり頻繁にリライトや追記をするタイプなので、この記事も今後どんどんブラッシュアップ/情報更新をしていきたいと思っています。ブックマークなどしていただいて、ぜひまたいらっしゃってください!

各種SNSのシェアボタンも に並んでおりますので、役に立ったと思っていただけましたらどうかシェアしていただけますと幸いです。多くの人に「USB」が理解されることを願っています。

それでは、ようやく終わります。
長い記事でしたがありがとうございました。

 

※この記事で使用した、当ブログオリジナルの図や表の無断転載を固くお断りいたします。引用する場合はこのページへリンクし、リンク先も明記してください。無断転載発見後、こちらが連絡しても引用の手順に応じていただけない場合は、しかるべき対処を講じさせていただきます。

みるみ
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みるみ

PC作業の効率化とムダ排除の鬼。一応色んなプログラミング言語書いたりサーバー組んだりできます。

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