失敗しない！USB Type-C コントローラーの選び方 - 半導体事業

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USB Type-Cは現在広く採用され、スマートフォン、デジタルカメラ、スピーカー、ノートパソコンなど、さまざまな製品に搭載が広がっています。

自社製品への採用にあたり、「部品選定のポイントがわからない」「どのメーカーがラインナップを持っているのか知りたい」という技術者も増えているのではないでしょうか。

今回は、USB Type-Cについて、従来規格との違い、代表的な充電アーキテクチャーと課題、アプリケーションに合わせたソリューションの選び方、アナログ・デバイセズ社のソリューションラインナップを紹介します。ぜひ参考にしてください。

USB Type-Cをおさらい～従来規格と何が違う？～

USBは、基本規格として「USB Base Standard（1.1, 2.0, 3.1）」が定められ、その補足事項として

-「Type-Cコネクター」
-「Battery Charging(BC) 1.2」
-「USB Power Delivery(USB PD) 3.1」

などの仕様が規定されています。USB Type-C充電と従来のUSB規格との違いを確認しましょう。

＜USB Type-Cと従来規格の違い＞

	従来のUSB充電（例. Type-A , Micro-B）	USB Type-C 充電
イメージ
コネクター	ソースとシンクで異なる形状	ソースとシンクが同じ形状
	4ピンまたは5ピンコネクター	24ピンコネクター
	裏表あり	リバーシブル
電流・電圧	・電圧：ほぼ常に5V ・電流：最大1.5A ・供給電力：最大7.5W ※BC1.2により急速充電に対応	Type-C標準規格か、USB PD対応かで異なる
		＜USB Type-C標準規格＞・電圧：5V ・電流：最大3A ・供給電力：最大15W
		＜USB PD規格＞・電圧：5-20V ・電流：最大5A ・供給電力：最大100W

USB Type-Cと従来規格の違い① コネクター

従来のUSB規格にはさまざまなコネクターの種類があり、ソース（給電側）がType-A、シンク（充電側）がMicro-Bというように、両端に異なる形状が使われていました。

USB Type-Cでは、ソースとシンクに同じ24ピンコネクターが使われます。プラグ（オス）とレセプタクル（メス）のピン配置が工夫され、裏表を逆にしても同種のピンが差し込まれるリバーシブルな構造になっています。

USB Type-Cと従来規格の違い② 電圧・電流

従来のUSB規格は最大7.5W (5V/1.5A) の電力供給にとどまるため、充電対象はスマートフォンなど小型の機器に限られていました。

USB Type-Cは、標準規格で最大15W (5V/3A) の電力供給に対応し、拡張規格のUSB PDでは、最大100W (20V/5A) までの電力供給が可能になっています。そのため、モニターやノートパソコンなど、幅広い機器に活用できるようになりました。

さて、USB Type-Cは従来規格よりも利便性が向上している一方、充電アーキテクチャーは複雑化しています。
そこで、次は設計者が知っておくべきUSB Type-Cの充電アーキテクチャーと課題を紹介します。

USB Type-Cの充電アーキテクチャーと実装の課題

まずは、USB Type-Cの充電アーキテクチャーをブロック図で示します。主要なブロックとして、BC1.2検出、CCピン検出、MCU、チャージャー、燃料ゲージがあります。

実際に、どのようなプロセスが必要なのでしょうか？矢印で流れを表してみましょう。

【従来のBC1.2仕様】

信号線D+、D-を経由してBC1.2を検出し、ポートの対応状況を判断して、MCUでチャージャーを設定します。

・MCUはBC 1.2検出をポーリングする

・BC 1.2検出ブロックは、ポートのタイプ(DCP、CDPまたはSDP)を識別します。

・MCUはBC 1.2ポートタイプを読み取る

・MCUがチャージャーを設定して有効にする

【USB Type-C標準規格】

USB Type-Cでは、新たに追加されたCCピンを検出して、プラグの向きやソースとシンクの識別、対応する電圧・電流などを判断します。

・MCUがケーブル接続用のCC検出ブロックをポーリング

・CC Detectionはケーブルの向きと電源電流の能力を識別する

・MCUはソース電流能力を読み取る

・MCUがチャージャーを設定して有効にする

【USB PD対応時】

USD PDに対応する場合は、標準規格のネゴシエーションが完了した後、PDネゴシエーションが必要となります。

・標準CC検出後にPDネゴシエーションがおこなわれる

・CC DetectionがPDソースの機能を要求

・ソースはPower Deliveryオブジェクト (PDO) をアドバタイズします。

・MCUはPDOを読み取り、選択する

・CC検出ブロックでPDO選択を確認

・PDソースは新しいVBUSレベルを有効にする

・MCUがチャージャーを設定して有効にする