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）
マイコンユーザーのさまざまな疑問に対し、マイコンメーカーのエンジニアがお答えしていく本連載。今回は、中級者の方からよく質問される「USB Type-Cの電源制御方法」についてです。
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。
| 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。
| 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 |
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