USB Type-Cの電源制御ってどうやっているの？：Q&Aで学ぶマイコン講座（93）（2/10 ページ）

[小谷豊（STマイクロエレクトロニクス），EDN Japan]

　まず、USB Type-Cを理解するために、基本的な概要と用語、USB Type-Cのコネクター信号、USB Type-Cのコンフィギュレーションプロセス、USB PDの概要について説明します。次に、USB Type-CでUSB PDを使用した電源制御の一般例として、USB Type-C充電器とスマートフォンを接続して、充電するケースについて説明します。最後にマイコンを使用したUSB Type-Cの構成例として、STのSTM32G0マイコンに搭載されたUSB Type-CのCCラインの制御コントローラーについて説明します。

USB Type-Cの概要

　USB Type-Cは、USBインタフェースの普及に伴い、スマートフォンや薄型ノートPCに代表されるデバイスの小型／薄型化ニーズに応じて生まれました。USB Type-Cコネクターは、高さが3mm以下と小型／薄型で、表裏どちらでも挿入できるリバーシブル形状になっています。また、USB Type-Cでは、レセプタクル、プラグ、ケーブルの定義と、それらの電気的仕様や機械的仕様が定められていて、プラグを接続したときの検出メカニズムが定義されています。

USB Type-Cの用語

　USB Type-Cに関連してよく使用される用語の一覧を表1に示します。

　USB Type-Cでは、役割のことをロールと言いますが、データ通信におけるロールと電力供給におけるロールがあります。データ通信におけるロールでは、従来ホストと呼ばれていた通信マスターとなる機器をDFP（Down Facing Port）、デバイスと呼ばれていた通信スレーブとなる機器をUp Facing Port （UFP）と呼びます。また、このデータ通信ロールを切り替えることができる機器は、Dual Role Data（DRD）と呼ばれています。

　一方、電力供給におけるロールでは給電側をソース、受電側をシンクと呼び、切り替え可能なデバイスをDual Role Power（DRP）と呼びます。

　USB 2.0 Type-Cケーブルは、eMarkerと呼ばれるICを内蔵することで電子マークを付けることができます。これは、ケーブルの特性（電流伝送能力、性能、ベンダー識別など）を特定するために使用され、「USB Type-CケーブルID機能」と呼ばれることもあります。

表1：USB Type-C関連用語の一覧

用語	概要
Down Facing Port （DFP）	従来ホストと呼ばれていた通信マスターとなる機器
Up Facing Port （UFP）	従来デバイスと呼ばれていた通信スレーブとなる機器
Dual Role Data（DRD）	データ通信ロールを切り替えることができる機器
ソース	給電側
シンク	受電側
Dual Role Power（DRP）	電力供給ロールを切り替えることができる機器
eMarker	電子的にマークされたケーブル内蔵IC USB Power Delivery Discover Identity コマンドに応答してケーブルに関する情報を返します。 ※3Aを超える電流を送電する場合、ケーブルの許容電流が十分であることを確認するためにeMarkerの内蔵が必須

USB Type-Cの信号

　USB Type-Cには以下の信号線があります。

• USB 2.0（D+／D−）
• USB 3.2
• USB4（TX／RX）データバス
• USB パワー（VBUS） とグランド（GND）
• コンフィギュレーションチャネル信号（CC1／CC2）
• サイドバンドユース（SBU）信号

　USB Type-Cで使用される信号線の一覧を表2に示します。

表2：USB Type-Cの信号

ピン	信号名	説明
A1	GND	グランド
A2	TXp1	第1TX差動信号ペアの正側
A3	TXn1	第1TX差動信号ペアの負側
A4	VBUS	バスパワー
A5	CC1	コンフィギュレーションチャネル
A6	Dp1	USB2.0差動信号の正側ポジション1
A7	Dn1	USB2.0差動信号の負側ポジション1
A8	SBU1	サイドバンドユース
A9	VBUS	バスパワー
A10	RXn2	第2RX差動信号ペアの負側
A11	RXp2	第2RX差動信号ペアの正側
A12	GND	グランド

ピン	信号名	説明
B12	GND	グランド
B11	RXp1	第1RX差動信号ペアの正側
B10	RXn1	第1RX差動信号ペアの負側
B9	VBUS	バスパワー
B8	SBU2	サイドバンドユース
B7	Dn2	USB2.0差動信号の負側ポジション2
B6	Dp2	USB2.0差動信号の正側ポジション2
B5	CC2	コンフィギュレーションチャネル
B4	VBUS	バスパワー
B3	TXn2	第2TX差動信号ペアの負側
B2	TXp2	第2TX差動信号ペアの正側
B1	GND	グランド