記事を検索
USB特設 2020年9月16日

Interface編集部

【USBコラム07】
各USB規格の損失配分

● USB 3.0(5Gbps)の損失配分

2008年にリリースされたUSB 3.0では，ホストとデバイス機器の配線およびケーブルを含めた伝送路全体の挿入損失を，2.5GHz（5Gbpsの基本周波数）で20dB（10％）と決め，ケーブルの挿入損失を7.5dB（42％），ホスト側を10dB（32％），デバイス側を2.5dB（75％）としました［図1（a）］．

 

USB 3.0が急速に使われる始めると，Micro-B搭載のデバイス機器が市場に出回りました．Micro-B搭載のデバイス機器の挿入損失は6～7dB（45～50％）と大きく，伝送路全体の損失が20dBを超えて23.5～24.5dB（6～7％）となってしまい，動作しない可能性が出てきました．

 

そこで，2012年にECN（Engineering Change Notice）を発行して，Standard-A−Micro-Bケーブルの挿入損失を3.5dB（67％）として，Micro-Bが搭載されたデバイス機器の挿入損失を6.5dB（47％）とすることで，全体での損失を20dBに抑えました［図1（b）］．

 

図1　USB 3.0 の損失配分

 

 

● USB 3.1 Gen1（5Gbps）の損失配分

USB 3.1 Gen1（5Gbps）規格は，USB 3.0を参考に伝送全体の挿入損失を20dBと定義しました（図2）．ホスト，デバイス，ケーブルの損失配分ですが，Type-Cコネクタはホストとデバイスの両方で使用されるため，挿入損失はホスト，デバイスともに6.5dBとして，残りの7dBをケーブルに割り当てました．

 

Type-C機器（USB 3.1 で定義されたホストとデバイス）とLegacy 機器（USB 3.0で定義されたホストとデバイス）の組み合わせの場合は，Legacy機器側のStandard-Aは10dB で，Micro-B側は6.5dB，Standard-B側は2.5dB になり，Type-C機器は6.5dB になります．

ケーブルに許された挿入損失は，20dBからType-C機器とLegacy機器の組み合わせによる挿入損失を引いた残りになります．Standard-A−Type-Cケーブルの場合は3.5dB，Type-C− Standard-BケーブルとType-C− Micro-B ケーブルの場合は，Standard-A−Type-Cケーブルの挿入損失を参考に4dB（63％）と決めました．ケーブルの挿入損失を4dBに抑えることにより，Legacyデバイス機器の挿入損失を，最大9.5dB（33％）まで許容できるようになりました．

 

図2　USB 3.1 Gen1の損失配分
転送速度が5Gbps（2.5GHz）のとき

 

 

● USB 3.1 Gen2（10Gbps）の損失配分

図3に示すように，Type-CのGen2の5GHzにおける挿入損失は，ホストとデバイスの全ての機器を6.5dB，ケーブルを4dB（63％）としました．10GHzの挿入損失も同様に，コネクタに関わらずホストとデバイスの全て機器を一律8.5dB（38％），ケーブルは6dBとしました．

 

10GbpsはUSB 3.1からなので，10Gbpsに対応したホストやデバイスの機器の挿入損失は，コネクタによらず5Gbps（2.5GHz）で6.5dB，10Gbps（5GHz）で8.5dB 以下としなければなりません．また，Legacyコネクタが実装されているからGen1（5Gbps）までの転送速度，Type-Cが実装されているからGen2（10Gbps）対応機器という訳ではありません．実際は，10Gbps対応のホストやデバイスの機器を設計するときは，Legacy コネクタを選択することは考えにくく，Type-Cコネクタを搭載するでしょう．

 

したがって，一般論としては，LegacyコネクタはGen1（5Gbps）まで，Type-CはGen2（10Gbps）と考えても差し支えありません．一方で，Type-C自体は，Full-Speed（480Mbps），Gen1（5Gbps），Gen2（10Gbps）のいずれか，もしくは全ての転送速度に対応することになりますので，コネクタの形状から転送速度は決まりません．

 

図3　USB 3.1 Gen2 の損失配分
ホストとデバイス機器は，2.5GHz で6.5dB 以下，5GHz で8.5dB 以下にする必要がある

 

 

● Type-C LegacyケーブルにはGen1 に対応する規格がない理由

ここで，やっとType-C LegacyケーブルにSuperSpeedにGen1に対応する規格がない理由を説明する準備が整いました．

 

図2と図3の損失配分を比べると，Type-C Legacy ケーブルの2.5GHzにおけるGen1とGen2の挿入損失は，Standard-A− Type-Cが3.5dB になる以外は全て4dBです，

 

したがって，Type-C−Legacyコネクタの組み合わせの場合はGen1までのサポートといえ転送速度が5Gbpsなだけで，Gen2ケーブル相当の挿入損失が要求されるため，Gen1の規格を作る意味がなく存在しません．

 

USB 3.2 も，USB 3.1と同じ損失配分で定義されています．

 

 

池田 浩昭（書籍「USB Type-Cのすべて」コラム5.Aより）

 

 

■関連書籍

・USB Type-Cのすべて  【書籍】【PDF版】

・USB 3.2のすべて【書籍】【PDF版】

 

■キャンペーン

・電子書籍発売キャンペーン　～ USB特製Tシャツをもらおう ～

 

・USB Gatewayのトップページに戻る