USBコネクタとプラグ
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コネクタのプロパティ
使いやすさと方向性
USB 委員会が指定するコネクタは、USB の多くの基本的な目標をサポートしており、コンピュータ業界が使用してきた多くのコネクタから学んだ教訓を反映しています。ホストやデバイスに取り付けられるコネクタをレセプタクル、ケーブルに取り付けられるコネクタをプラグといいます。この規格は、延長ケーブルの使用を防ぐためにこれを意図的に定義しています。公式の USB 仕様文書でも、プラグを表すオス、レセプタクルを表すメスという用語が定期的に定義されています。
設計上、USB プラグをレセプタクルに間違って挿入することは困難です。 USB 仕様では、必要な USB アイコンを USB プラグの「上面」にエンボス加工する必要があると規定されており、これにより「ユーザーが簡単に認識できるようになり、嵌合プロセス中の位置合わせが容易になります」。仕様では、「推奨」の「メーカーのロゴ」（図では「刻印」されていますが、本文では指定されていません）が USB アイコンの反対側にあることも示されています。仕様にはさらに、「USB アイコンも各レセプタクルに隣接して配置されています。レセプタクルは、嵌合プロセス中にプラグ上のアイコンが見えるように方向を向ける必要があります。」と記載されています。ただし、仕様ではユーザーの目の高さと比較したデバイスの高さは考慮されていないため、机上のコンピューターに接続したときにケーブルの「見える」側は、ユーザーが立っているかどうかによって異なります。ひざまずいている。
USB延長コード
ケーブルをどちらの面を上にしても差し込むことができれば使いやすさは向上しますが、元の設計では製造コストをできるだけ低く抑えるためにこれが省略されていました。オリジナルの USB 設計チームに参加していた Ajay Bhatt は、ケーブルをどちら側でも挿入できるようにする新しい設計に取り組んでいます。新しいリバーシブル プラグは、現在の USB 3.0 Micro-B コネクタよりもはるかに小さいです。これは Type-C と呼ばれ、既存の USB 3.1 仕様への追加として導入される必要があります。
USB ケーブルの挿入または取り外しには、適度な力だけが必要です。 USB ケーブルと小型 USB デバイスは、レセプタクルからのグリップ力によって所定の位置に保持されます (他のコネクタに必要なネジ、クリップ、またはサムターンは必要ありません)。
電力使用トポロジー
標準コネクタは、USB ネットワークの有向トポロジ (電源を供給するホスト デバイス上のタイプ A コネクタと、電力を供給するターゲット デバイス上のタイプ B コネクタ) を強制することを意図して設計されました。これは、ユーザーが誤って 2 つの USB 電源を相互に接続することを防止することを目的としています。これにより、短絡や危険な高電流、回路障害、さらには火災が発生する可能性があります。 USB はサイクリック ネットワークをサポートしておらず、互換性のない USB デバイスの標準コネクタ自体にも互換性がありません。
ただし、この有向トポロジの一部は、A-to-A、B- to-B ケーブル、場合によっては Y/スプリッター ケーブル。詳細な概要説明については、以下の「USB On-The-Go コネクタ」セクションを参照してください。
耐久性
標準コネクタは堅牢になるように設計されています。 USB はホットプラグ対応であるため、コネクタは他のコネクタよりも頻繁に使用され、おそらくあまり注意されません。以前のコネクタ設計の多くは壊れやすく、埋め込みコンポーネントのピンやその他の繊細な部品が曲がったり壊れたりしやすいことが指定されていました。 USB コネクタの電気接点は隣接するプラスチックの舌によって保護され、接続アセンブリ全体は通常、周囲を囲む金属シースによって保護されます。
コネクタの構造により、内部の 4 つのコネクタのいずれかが電気的に接触する前に、プラグの外部シースがレセプタクル内の対応する部分と確実に接触します。外部の金属シースは通常、システムのアースに接続され、有害な静電荷を消散させます。このエンクロージャ設計は、USB 信号が嵌合コネクタ ペア (ツイストされたデータ ペアが並行して伝送される唯一の場所) を通過する際に、USB 信号に対する電磁干渉からもある程度の保護を提供します。さらに、電源接続と共通接続には必要なサイズがあるため、それらはシステムの接地の後、データ接続の前に行われます。このタイプの段階的なメイクブレーク タイミングにより、電気的に安全なホットスワップが可能になります。 [41]
新しい Micro-USB レセプタクルは、レセプタクルとプラグ間の挿抜サイクルが最大 10,000 サイクルであるのに対し、標準 USB では 1,500 サイクル、Mini-USB レセプタクルでは 5,000 サイクルであるのに対し、設計されています。これは、ロック装置を追加し、最も応力がかかる部分が接続のケーブル側になるように板ばねコネクタをジャックからプラグに移動することによって実現されます。この変更は、より高価なマイクロ USB デバイスではなく、より安価なケーブルのコネクタが最も摩耗するようにするために行われました。
互換性
USB 規格では、さまざまなベンダーのコネクタ間の物理的な非互換性を最小限に抑えるために、準拠した USB コネクタの公差を比較的緩く指定しています。他のコネクタ規格に存在する弱点に対処するために、USB 仕様では、プラグ周囲の接続デバイスのサイズに対する制限も定義しています。これは、コネクタのケーブル張力緩和機構 (通常はケーブルの外側絶縁体と一体成形) のサイズが原因で、デバイスが隣接するポートをブロックするのを防ぐために行われました。準拠デバイスは、サイズ制限内に収まるか、サイズ制限内に収まる準拠延長ケーブルをサポートする必要があります。
一般に、ケーブルにはプラグのみがあり、ホストとデバイスにはレセプタクルのみがあります。ほとんどの場合、ホストにはタイプ A レセプタクルがあり、デバイスには何らかのタイプ B の種類があります。タイプ A プラグはタイプ A レセプタクルとのみ嵌合し、タイプ B はタイプ B と嵌合します。それらは意図的に物理的に互換性がありません。ただし、USB On-The-Go と呼ばれる USB 標準仕様の拡張により、単一のポートがホストまたはデバイスとして機能し、ケーブルのどちらの端をユニットのレセプタクルに差し込むかによって選択されます。ケーブルが接続され、ユニットが通信した後でも、プログラム制御の下で 2 つのユニットの接続が「交換」される場合があります。この機能は、あるインスタンスでは USB リンクがデバイスとして PC のホスト ポートに接続し、別のインスタンスではホスト自体としてキーボードおよびマウス デバイスに接続する可能性がある PDA などのユニットを対象としています。
USB 3.0コネクタ
詳細は「USB 3.0の下位互換性」を参照
USB 3.0 と USB 2.0 の両方のタイプ A プラグとレセプタクルは、相互運用できるように設計されています。 USB 3.0 のタイプ B プラグとレセプタクルは、USB 2.0 のものよりも若干大きくなっています。したがって、USB 2.0 タイプ B プラグは USB 3.0 タイプ B レセプタクルに適合しますが、その逆は不可能です。
コネクタの種類
USB コネクタの種類 (左から右へ) (定規はセンチメートル): Micro-B プラグ、UC-E6 独自の (非 USB) プラグ、Mini-B プラグ、Standard-A レセプタクル (逆さま)、Standard-A プラグ、Standard- Bプラグ
USB コネクタにはいくつかの種類があり、仕様の進歩によって追加されたものも含まれます。オリジナルの USB 仕様では、Standard-A および Standard-B のプラグとレセプタクルについて詳しく説明しています。 B コネクタは、ケーブルの両端をプラグエンドにし、ユーザーがコンピュータのコンセントを別のコンセントに接続できないようにするために必要でした。 USB 2.0 仕様に対する最初の技術変更通知では、Mini-B プラグとレセプタクルが追加されました。
USB コネクタの種類 (左から右へ) (定規はセンチメートル): Micro-B プラグ、UC-E6 独自の (非 USB) プラグ、Mini-B プラグ、Standard-A レセプタクル (逆さま)、Standard-A プラグ、Standard- Bプラグ
Standard-A プラグのデータ コネクタは、外部の電源コネクタと比較して、実際にはプラグの中に埋め込まれています。これにより、最初に電源が接続され、デバイスの電源が最初に投入されてからデータが転送されるため、データ エラーが防止されます。一部のデバイスは、データ接続が確立されているかどうかに応じて、異なるモードで動作します。この接続の違いは、コネクタを部分的にのみ挿入することで利用できます。たとえば、一部のバッテリー駆動の MP3 プレーヤーは、USB プラグが完全に挿入されている間はファイル転送モードに切り替わり、MP3 ファイルを再生できませんが、プラグを途中まで挿入することで、USB 電源を使用して MP3 再生モードで動作し、電源スロットがデータ スロットは接触しませんが、接触します。これにより、ケーブルから電力を供給しながら、これらのデバイスを MP3 再生モードで動作させることができます。
充電専用機能を確実に有効にするために、最新の USB アクセサリ周辺機器には、ホスト ポートへの電力接続を提供するがデータ接続は提供しない充電ケーブルが含まれています。また、コンバータ デバイスから電力を供給する家庭用および車両用充電ドックの両方が利用可能ですが、これには含まれていません。ホスト デバイスとデータ ピンを備えており、対応するあらゆる USB デバイスを標準 USB ケーブルで充電または動作させることができます。
標準コネクタ
USB コネクタのピン配置 標準 A/B、プラグの表面/端から見た図
USB 2.0 Standard-A タイプの USB プラグは、USB ホストまたはハブの「ダウンストリーム ポート」レセプタクルに挿入する平らな長方形で、電力とデータの両方を伝送します。このプラグは、キーボードやマウスを USB 接続経由でコンピュータに接続するケーブルなど、デバイスに永続的に接続されているケーブルでよく見られます。
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USB コネクタのピン配置 標準 A/B、プラグの表面/端から見た図
USB 接続は、抜き差しを繰り返すと接続が緩み、最終的には消耗します。 USB-A オス コネクタの寿命は、接続/切断サイクル約 1,500 回です。
標準 B プラグは、外側の角が面取りされた正方形の形状をしており、通常、取り外し可能なケーブルを使用するデバイス (プリンタなど) の「上流レセプタクル」に差し込まれます。一部のデバイスでは、タイプ B レセプタクルにはデータ接続がなく、上流のデバイスから電力を受け入れるためにのみ使用されます。この 2 つのコネクタ タイプの方式 (A/B) により、ユーザーが誤って電気ループを作成することが防止されます。
ミニおよびマイクロコネクタ
USB Mini A (左) および USB Mini B (右) プラグ
デジタルカメラやスマートフォン、タブレットコンピュータなどの小型機器には、さまざまなコネクタが使用されています。これらには、現在は非推奨になっている (つまり、認証は解除されているが標準化されている) Mini-A コネクタと Mini-AB コネクタが含まれます (Mini-B コネクタは引き続きサポートされていますが、OTG (On The Go、つまりモバイル) には準拠していません) [45]。 Mini-B USB コネクタは、Blackberry などの初期のデータ フォンや PDA との間でデータを転送するための標準でした。
Mini-A プラグと Mini-B プラグは約 3 x 7 mm です。 micro-USB プラグは幅が同等で厚さが約半分であるため、より薄いポータブル デバイスへの統合が可能になります。 micro-A コネクタは 6.85 x 1.8 mm で、最大オーバーモールド サイズは 11.7 x 8.5 mm です。 micro-B コネクタは 6.85 x 1.8 mm で、最大オーバーモールド サイズは 10.6 x 8.5 mm です。
Micro-USB コネクタは、2007 年 1 月 4 日に USB-IF によって発表されました。Micro B USB コネクタの最大電流定格は、ピンあたり 1 A、またはピン 1 と 5 で 1.8 A、ピン 2 で 0.5 A です。 Mini-A コネクタと Mini-AB レセプタクル コネクタは、2007 年 5 月 23 日に廃止されました。現在入手可能なデバイスやケーブルの多くは依然としてミニ プラグを使用していますが、新しいマイクロ コネクタが広く採用されており、2010 年 12 月現在、最も広く使用されています。より薄いマイクロ コネクタは、スマートフォン、携帯情報端末、カメラなどの新しいデバイスのミニ プラグを置き換えることを目的としています。マイクロ プラグの設計は、少なくとも 10,000 回の接続/切断サイクルに耐えられると評価されており、ミニ プラグの設計よりも大幅に優れています。また、デバイスの機械的磨耗を軽減するように設計されています。その代わりに、交換が容易なケーブルは、接続および切断による機械的磨耗に耐えるように設計されています。ユニバーサル シリアル バス Micro-USB ケーブルおよびコネクタの仕様には、Micro-A プラグ、Micro-AB レセプタクル (Micro-A プラグと Micro-B プラグの両方に対応)、および Micro-B プラグとレセプタクルの機械的特性が詳しく記載されています。 Standard-A レセプタクルから Micro-A プラグへのアダプター。
携帯電話会社グループであるオープン モバイル ターミナル プラットフォーム (OMTP) は、2007 年にモバイル デバイスのデータと電源用の標準コネクタとして Micro-USB を承認しました。さらに、2009 年 10 月 22 日、国際電気通信連合 (ITU) も、マイクロ USB を承認したと発表しました。マイクロ USB をユニバーサル充電ソリューションの「エネルギー効率の高い 1 つの充電器ですべてに対応できる新しい携帯電話ソリューション」として採用し、次のように付け加えました。「マイクロ USB インターフェイスに基づいた UCS 充電器には、4 つ星以上の効率も含まれています。定格—定格のない充電器よりも最大 3 倍のエネルギー効率です。」
欧州標準化団体 CEN、CENELEC、および ETSI (OMTP/GSMA 提案とは独立) は、micro-USB に基づいて EU で販売されるスマートフォンで使用するための共通の外部電源 (EPS) を定義しました。世界最大の携帯電話メーカーの 14 が署名しました。 EU の共通 EPS 覚書 (MoU)。オリジナルの覚書署名者の 1 つである Apple Inc. は、共通 EPS 覚書で許可されているとおり、Apple 独自の 30 ピン ドック コネクタまたは (後の) 「Lightning」コネクタを搭載した iPhone 向けにマイクロ USB アダプタを利用できるようにしています。
マイクロAUSB
マイクロBUSB
USB Mini A (左) および USB Mini B (右) プラグ
USB On-The-Go コネクタ
詳細は「USB On-The-Go」を参照
現在のすべての USB On-The-Go (OTG) デバイスには、USB コネクタが 1 つだけ必要です: Micro-AB レセプタクル。このレセプタクルは、Micro-USB1.01 で定義されている合法的なケーブルおよびアダプターに接続された Micro-A プラグと Micro-B プラグの両方を受け入れることができます。 Micro-USB が開発される前は、USB On-The-Go デバイスは同等の機能を実行するために Mini-AB レセプタクルを使用する必要がありました。
A プラグが挿入された OTG デバイスは A デバイスと呼ばれ、必要に応じて USB インターフェイスに電力を供給する責任を負い、デフォルトでホストの役割を引き受けます。 B プラグが挿入された OTG デバイスは B デバイスと呼ばれ、デフォルトでペリフェラルの役割を引き受けます。プラグが挿入されていない OTG デバイスは、デフォルトで B デバイスとして機能します。 B デバイス上のアプリケーションがホストの役割を必要とする場合、ホスト ネゴシエーション プロトコル (HNP) を使用してホストの役割を B デバイスに一時的に転送します。
周辺機器専用の B デバイスまたは標準/組み込みホストのいずれかに接続されている OTG デバイスは、ケーブルによって役割が固定されています。これは、これらのシナリオではケーブルを一方向にしか接続できないためです。
| レセプタクル (画像の縮尺は一定ではありません) |
プラグ (画像の縮尺は一定ではありません) | |||||
| USB標準A.png | USB標準B.png | ミニA | USB ミニ B.png | USB マイクロ A.png | USB マイクロ B.png | |
| USB タイプ A.png | はい | いいえ | いいえ | いいえ | いいえ | いいえ |
| USB タイプ-B.png | いいえ | はい | いいえ | いいえ | いいえ | いいえ |
| ミニA | いいえ | いいえ | 廃止されました | いいえ | いいえ | いいえ |
| ミニAB | いいえ | いいえ | 廃止されました | 廃止されました | いいえ | いいえ |
| USB Mini-B レセプタクル.png | いいえ | いいえ | いいえ | はい | いいえ | いいえ |
| USB Micro-AB レセプタクル.jpg | いいえ | いいえ | いいえ | いいえ | はい | はい |
| USB Micro-B レセプタクル.svg | いいえ | いいえ | いいえ | いいえ | いいえ | はい |
ケーブルプラグ (USB 1.x/2.0)
ケーブルにはプラグのペアが存在します。
| プラグ (画像の縮尺は一定ではありません) |
プラグ (画像の縮尺は一定ではありません) | |||||
| USB タイプ A.png | USB タイプ-B.png | ミニA | USB ミニ B.png | USB マイクロ A.png | USB マイクロ B.png | |
| USB タイプ A.png | 規格外 | はい | 規格外 | はい | 規格外 | はい |
| USB タイプ-B.png | はい | いいえ | 廃止されました | いいえ | 規格外 | いいえ |
| ミニA | 規格外 | 廃止されました | いいえ | 廃止されました | いいえ | 規格外 |
| USB ミニ B.png | はい | いいえ | 廃止されました | いいえ | 規格外 | いいえ |
| USB マイクロ A.png | 規格外 | 規格外 | いいえ | 規格外 | いいえ | はい |
| USB マイクロ B.png | はい | いいえ | 規格外 | いいえ | はい | いいえ |
規格外
特定の独自の目的のために存在しており、ほとんどの場合、USB-IF 準拠の機器と相互運用できません。ただし、Easy Transfer Cable など、中間にデバイスのペアとして動作する回路を備えた準拠した A-to-A ケーブルも存在します。
2 つのプラグで構成される上記のケーブル アセンブリに加えて、Micro-A プラグと Standard-A レセプタクルを備えた「アダプター」ケーブルも USB 仕様に準拠しています。コネクタの他の組み合わせは準拠していません。
廃止されました
Mini-A コネクタを備えた一部の古いデバイスとケーブルは USB-IF によって認定されています。 Mini-A コネクタは廃止されました。新しい Mini-A コネクタはなく、Mini-A レセプタクルも Mini-AB レセプタクルも認定されません。
ケーブルプラグ（USB3.0）
参照: USB 3.0 コネクタ
USB 3.0 Micro-B プラグ
参照: USB 3.0 コネクタ
USB 3.0 では、新しい Micro-B ケーブル プラグが導入されました (右の写真を参照)。これは、標準の USB 1.x/2.0 Micro-B ケーブル プラグと、その側面に追加の 5 ピン プラグが「積み重ねられた」構成になっています。このようにして、USB 3.0 Micro-A ホスト コネクタは、USB 1.x/2.0 Micro-B ケーブル プラグとの下位互換性を維持しました。
USB 3.0 Micro-B プラグ
ピン配置
参照: USB 3.0 のピン割り当て
USB はシリアル バスであり、USB 2.0 バリアントでは 4 本のシールド ワイヤを使用します。2 本は電源用 (VBUS および GND)、2 本は差動データ信号用 (ピン配置で D+ および D- とラベル付けされています)。データの転送には、ホストとレシーバーのクロックを同期するための同期フィールドを備えた、NRZI (Non-Return-to-Zero Inverted) エンコード方式が使用されます。 D+ および D- 信号はツイスト ペアで送信され、USB 2.0 に半二重データ転送を提供します。
USB 3.0 バリアントには追加のワイヤがあり、2 本のツイストペアで構成され、高速での全二重データ転送などのさまざまな改良が施されています。
| タイプ-USB th1.svg | 標準、ミニ、マイクロ USB プラグ (縮尺は一定ではありません)。これらの図の白い領域は中空の空間を表します。ここにプラグが示されているように、USB ロゴ (オプションで文字 A または B) は、すべての場合においてオーバーモールドの上部にあります。レセプタクルのピン番号付けはプラグから反映されており、プラグのピン 1 がレセプタクルのピン 1 に接続されます。 |
| USB 3.0 Micro B プラグ.PNG | Micro-B USB 3.0 プラグ 電源(VBUS) USB 2.0 差動ペア (D-) USB 2.0 差動ペア (D+) 回線を識別するUSB OTG ID GND USB3.0信号伝送ライン（−） USB3.0信号伝送線（＋） GND USB3.0信号受信線（－） USB3.0信号受信線（＋） |
USB 1.x/2.0 標準ピン配列
| ピン | 名前 | ケーブルの色 | 説明 |
| 1 | Vバス | 赤（またはオレンジ） | +5V |
| 2 | D− | ホワイト（またはゴールド） | データ− |
| 3 | D+ | 緑 | データ+ |
| 4 | GND | 黒（または青） | 地面 |
USB 1.x/2.0 ミニ/マイクロ ピン配列
| ピン | 名前 | ケーブルの色 | 説明 |
| 1 | Vバス | 赤 | +5V |
| 2 | D− | 白 | データ− |
| 3 | D+ | 緑 | データ+ |
| 4 | ID | 該当なし | ホスト接続とデバイス接続の区別を許可します。 • ホスト: 信号グランドに接続 • デバイス: 接続されていません |
| 5 | GND | 黒 | 信号グランド |
独自のコネクタとフォーマット
個人用電子デバイスのメーカーは、技術的またはマーケティング上の理由から、製品に USB 標準コネクタを搭載していない場合があります。一部のメーカーは、デバイスを USB 標準ポートに物理的に接続できる独自のケーブルを提供しています。 USB 標準ポートを備えた独自のポートおよびケーブルの完全な機能は保証されていません。たとえば、一部のデバイスはバッテリーの充電に USB 接続のみを使用し、データ転送機能を実装していません。
HTC ExtMicro USB ポートとコネクタ
Nokia Pop-Port コネクタ
色
多くの場合、ポートとコネクタは、さまざまな機能を区別するために色分けされています。これらの色は USB 仕様の一部ではなく、メーカーによって異なる場合があります。
[要出典]
| 色 | 説明 |
| 黒が？それでも白が | USB 1.x または USB 2.0 |
| 青 | USB3.0 |
| 黄色または赤色 (ポートのみ) | 高電流および/またはスリープアンド充電 |