USBハードウェア

USB委員会が規定するコネクタは、USBの多くの基本目標をサポートし、コンピュータ業界で使用されてきた多くのコネクタから得られた教訓を反映しています。ホストまたはデバイスに取り付けられるコネクタはレセプタクルと呼ばれ、ケーブルに取り付けられるコネクタはプラグと呼ばれます。^{[ 9 ]} USB仕様書では、プラグを表す用語としてオス、レセプタクルを表す用語としてメスという用語も定期的に定義されています。^{[ 10 ]}

設計上、USBプラグをレセプタクルに誤って挿入することは困難です。USB規格では、ケーブルプラグとレセプタクルにマークを付けて、ユーザーが正しい向きを認識できるようにすることが求められています。^{[ 9 ]}ただし、USB-Cプラグはリバーシブルです。USBケーブルと小型USBデバイスは、他のコネクタのようにネジ、クリップ、サムターンなどを使用せず、レセプタクルのグリップ力によって所定の位置に保持されます。

AとBの異なるプラグを使用することで、誤って2つの電源を接続してしまうことを防ぎます。しかし、スマートフォンに搭載されているUSB On-The-GoやUSB給電式Wi-Fiルーターなど、多目的USB接続が登場したことで、こうした指向性トポロジーの一部は失われつつあります。これらの接続には、A-to-A、B-to-B、場合によってはY字型/スプリッターケーブルが必要となります。より詳細な概要については、下記の「USB On-The-Goコネクタ」のセクションをご覧ください。

両端にAプラグが付いたいわゆるケーブルがあり、例えば、2つのポートを持つUSBホスト間転送デバイスが「ケーブル」に含まれている場合は有効かもしれません。 ^{[ 11 ]}これは定義上、それぞれにケーブルが固定された2つの論理Bポートを持つデバイスであり、両端にAプラグが付いたケーブルではありません。

ピン割り当て

USB  1.0、1.1、および 2.0 は、電源 (V _BUSと GND) に 2 本のワイヤを使用し、シリアルデータの1 つの差動信号に 2 本のワイヤを使用します。 ^{[ 14 ]}ミニ コネクタとマイクロ コネクタは、標準コネクタの 4 つではなく、それぞれ 5 つの接点を持ち、追加の接点IDによって、On-The-Go デバイスのABレセプタクルに接続したときにAプラグとBプラグが電気的に区別されます。 ^{[ 15 ]}タイプ C からレガシー ケーブルまたはアダプタのタイプ C プラグも同様に、 AまたはBとして電子的にマークされます。ケーブルでは、定義上すべてのレガシー ケーブルにはA端とB端があるため、反対側のコネクタの補完としてマークされ、アダプタでは、タイプ C プラグはアダプタが受け入れるプラグと一致するようにマークされます。

USB  3.0では、双方向レーン（合計4本のワイヤ、SSTx+、SSTx−、SSRx+、SSRx−を持つ2つの追加の差動ペア）が追加され、SuperSpeedでの全二重データ転送が可能になり、 Serial ATAやシングルレーンPCI Expressに似たものになりました。

1. 1 2一部の資料では、 D+とD−が誤って入れ替わっています。

色

USBポートとコネクタは、その機能やモードを区別するために色分けされていることが多い。色分けが必要なのは、マイクロコネクタとミニコネクタの内部に見える絶縁体のみである。Aコネクタは白、Bコネクタは黒、AとBの両方のプラグを受け入れるABレセプタクルは灰色である。USB 3.0標準Aコネクタ（5 Gbit/sおよび10 Gbit/sの信号速度を持つものを含む）にはPantone 300 Cが推奨されているが、一部のメーカーは10 Gbit/sの信号速度を持つレセプタクルに非標準のティールを使用している。^{[ 8 ]： §5.3.1.4 [ 9 ]： §5.3.1.3}   

上部にUSB-Aポート、下部にUSB-Cポートを搭載。

USB-Aプラグコネクタ

USBコネクタの種類は、仕様の進展に伴って増加しました。当初のUSB仕様では、Standard-AとStandard-Bのプラグとレセプタクルが詳細に規定され、当時は単にType-AとType-Bと呼ばれていました。その後、他のType-AとType-Bコネクタ（最初はMini、次にMicro）が追加されると、Standard-AとStandard-Bという用語が元のコネクタにも適用されるようになりました。AとBの区別は、USBの方向性アーキテクチャを強制するためのもので、ホストとハブのみがType-Aレセプタクルを持ち、各周辺機器はType-Bレセプタクルを持ちます。標準プラグのデータピンは電源ピンに比べて奥まった位置にあるため、データ導体が接続される前に電源と接地が確立され、プラグを抜くときはその逆になります。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。充電ドックは電源を供給し、ホストデバイスやデータピンは含まれていないため、対応するUSB​​デバイスは標準USBケーブルから充電または動作できます。充電ケーブルは電源接続を提供しますが、データ接続は提供しません。充電専用ケーブルでは、機器側のデータ線が短絡されています。そうでない場合、機器が充電器を不適切と判断して拒否する可能性があります。

標準コネクタ

• 標準Aコネクタ：このプラグは長方形の断面を持ち、USBホストまたはハブのダウンストリーム側ポート（DFP）にある標準Aレセプタクルに挿入され、電力とデータの両方を伝送します。 ^{[ 18 ] [ 19 ]} プラグ自体の幅は12mm、厚さは4.5mmです。
• 標準Bコネクタ：このプラグは、上部の外側の角が面取りされたほぼ正方形の断面を持っています。取り外し可能なケーブルの一部として、プリンタなどのデバイスの単一の上流側ポート（UFP）に挿入されます。一部のデバイスでは、標準Bレセプタクルにはデータ接続がなく、上流デバイスから電源を受け取るためだけに使用されます。この2種類のコネクタ方式（A-B）により、ユーザーが誤ってループを作成するのを防ぎます。^{[ 20 ] [ 21 ]}

オーバーモールドブーツ（コネクタの取り扱いに使用される部分） の最大許容断面積は、Standard-A プラグタイプでは16 x 8 mm (0.63 x 0.31インチ)であり、Standard-B では11.5 x 10.5 mm (0.45 x 0.41インチ)である。^{[ 10 ]}    

ミニコネクタ

ミニUSBコネクタは、2000年4月にUSB 2.0とともに導入され、主にデジタルカメラ、スマートフォン、タブレットコンピュータなどの小型デバイスで使用されています。ミニAとミニBのプラグはどちらも約3×7mm （0.12×0.28インチ）です。  

Mini-A コネクタと Mini-AB レセプタクルは2007 年 5 月に廃止され、それ以降の新製品での使用は禁止されています。^{[ 5 ]}より一般的な Mini-B コネクタはまだ許可されていますが、 On-The-Goに準拠しておらず、認証を受けることができません。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} Mini-B コネクタは、初期のスマートフォンやPDAとの間でデータを転送するのに一般的で、 PlayStation PortableやMotorola Razr V3などのデバイスに搭載されており、後者では充電器としても機能します。

Mini-ABレセプタクルはMini-AプラグまたはMini-Bプラグのどちらでも受け入れることができ、それに応じてOn-The-Goデバイスはホスト（A）または周辺機器（B）として動作します。

マイクロコネクタ

マイクロAプラグ

Micro-Bプラグ

2007 年 1 月 4 日にUSB-IFによって発表された Micro-USB コネクタ^{[ 25 ] [ 26 ]}は、Mini-USB と同様の幅を持ちながら厚さは約半分であるため、より薄型のポータブル デバイスに組み込むことができます。Micro-A プラグは6.85 x 1.80 mm (0.270 x 0.071インチ)で、プラグ本体の最大サイズは11.7 x 8.5 mm (0.46 x 0.33インチ)ですが、Micro-B プラグは高さと幅は同じで、プラグ本体の最大サイズはわずかに小さい10.6 x 8.5 mm (0.42 x 0.33インチ)です。^{[ 4 ]} 2009 年に、ヨーロッパの複数の電話メーカーが充電用に Micro USB を標準化することに合意し、30 の独自の充電コネクタを置き換えました。^{[ 27 ]}      

より薄型のMicro-USBコネクタは、スマートフォン、PDA、カメラなど、2007年5月から2014年後半までに製造されたデバイスのMiniコネクタを置き換えることを目的としていました。 ^{[ 28 ]}

Micro プラグの設計は、少なくとも 10,000 回の接続と切断のサイクルに耐えられると評価されており、これは Mini プラグの設計よりも多い。^{[ 25 ] [ 29 ]} Micro コネクタは、デバイスの機械的摩耗を軽減するようにも設計されています。代わりに、交換しやすいケーブルが、接続と切断による機械的摩耗をより多く負担するように設計されています。Universal Serial Bus Micro-USB ケーブルおよびコネクタ仕様では、Micro-Aプラグ、Micro-AB レセプタクル (Micro-A プラグと Micro-B プラグの両方を受け入れる)、Micro-B プラグとレセプタクルの機械的特性が詳細に説明されており、 ^{[ 29 ]}デスクトップ プリンタに接続された既存の Standard-A-B ケーブルにカメラを接続する場合などに使用される、Standard-A レセプタクルと Micro-A プラグを備えた許可されたアダプタも記載されています。

USB-Cプラグの導入（下記参照）にもかかわらず、Micro-Bプラグは一部の、多くの場合低価格帯のハードウェアに引き続き搭載されている。^{[ 30 ]}

OMTP規格

Micro-USBは、2007年に携帯電話キャリアグループのOpen Mobile Terminal Platform（OMTP）によって、モバイルデバイスのデータと電源の標準コネクタとして承認されました。^{[ 31 ]}

Micro-USBは、2009年10月に国際電気通信連合（ITU）によって「ユニバーサル充電ソリューション」として採用されました。^{[ 32 ]}

ヨーロッパでは、Micro-USB がEU で販売されるスマートフォンで使用する共通の外部電源(EPS) として定義され、 ^{[ 33 ]}世界最大の携帯電話メーカー 14 社が EU の共通 EPS 覚書 (MoU) に署名しました。^{[ 34 ] [ 35 ]} 当初 MoU に署名したApple は、共通 EPS MoU 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、そして後にLightning コネクタを搭載したiPhone用に Micro-USB アダプタを提供しています。^{[ 36 ] [ 37 ]}

USB 3.xコネクタと下位互換性

USB 3.0では、標準サイズとマイクロサイズの両方のSuperSpeedプラグとレセプタクルが導入されました。すべての3.0 SuperSpeedレセプタクル（Standard-A、Standard-B、Micro-B、Micro-AB）は、対応する3.0以前のプラグとの下位互換性があります。さらに、Standard-A SuperSpeedプラグは、SuperSpeed以前のStandard-Aレセプタクルに適合します。（その他のSuperSpeedプラグは、SuperSpeed以前のレセプタクルには接続できません。）

いずれかのデバイスがスーパースピード接続を実現するには、それらのデバイス間のコネクタはすべてType-Cまたはスーパースピードである必要があります。

USB-C より以前のすべての USB ケーブルは、片端にAプラグ、もう一方の端にBプラグを備えていました (オペレーティングシステムのデバッグやその他のホスト間接続アプリケーション用に特定の導体を省略した特殊なA – A構成のまれな例外を除く)。 ^{[ 8 ] : §5.5.2} USB-C からレガシー ケーブルでは、Type-C プラグは、反対側のコネクタと相補的な役割を果たすように電気的にマークされています ( Aの場合はB、Bの場合はA)。最新の C – C ケーブルを使用すると、接続された 2 つのデバイスが通信して、どちらがどの役割を果たすかを決定します。

USB-C

USB-C コネクタは、2025 年以降、以前のすべての USB コネクタ、 Mini DisplayPortコネクタ、Lightningコネクタに取って代わります。 ^{[ 38 ]}これは、すべての USB プロトコル、Thunderbolt (3 以降)、DisplayPort (1.2 以降)、およびその他のプロトコルに使用されます。USB  3.1 仕様とほぼ同時期に開発されましたが、それとは異なる USB-C 仕様 1.0 は、2014 年 8 月に最終決定され^{[ 39 ]}、すべての USB デバイスおよびその他のデバイス用の新しい小型リバーシブル コネクタを定義しました。^{[ 40 ]} USB-C プラグは、ホストと周辺機器、充電器、電源の両方に接続され、以前のすべての USB コネクタを将来を見据えた標準に置き換えます。^{[ 39 ] [ 41 ]}

24ピン両面コネクタは、4つの電源-グランドペア、USB  2.0データ用の2つの差動ペア（ただし、USB-Cケーブルでは1ペアのみが実装されています）、SuperSpeedデータバス用の4つのペア（USB 3.1モードでは2ペアのみが使用されています）、2つの「サイドバンド使用」ピン、アクティブケーブル用のV _CONN +5  V電源、ケーブルの向き検出と専用のバイフェーズマークコード（BMC）構成データチャネル（CC）用構成ピンを提供します。^{[ 42 ] [ 43 ]}古いホストおよびデバイスをUSB-Cホストおよびデバイスに接続するには、タイプAおよびタイプBアダプタとケーブルが必要です。USB-Cレセプタクルを備えたアダプタとケーブルは許可されていません。^{[ 44 ]}

フル機能USBケーブルは、USB 2.0、USB 3.2、USB4のデータ動作をサポートするType-C-to-Type-Cケーブルであり、フル機能Type-Cレセプタクルも同様に同じフルセットのプロトコルをサポートします。^{[ 45 ]}ケーブルには完全なワイヤセットが含まれており、電子的にマークされています（Eマーク）。構成データチャネル（CC）を介して送信されるベンダー定義メッセージ（VDM）の一種であるUSB Power Delivery Discover Identityコマンドに応答するEマーカーチップが含まれています。このコマンドを使用して、ケーブルは現在の容量、最大速度、およびその他のパラメータを報告します。^{[ 46 ] : § 4.9}フル機能USB Type-Cデバイスは、マルチレーン動作（USB 3.2 Gen 1×2、USB 3.2 Gen 2×2、USB4 2×2、USB4 3×2、USB Gen 4 Asymmetric）の機械的前提条件です。^{[ 46 ]}

USB-Cデバイスは、ベースラインの900mAに加えて、5V電源バス上で1.5A および3.0Aの電力電流をサポートします。これらのより高い電流は、コンフィギュレーションラインを介してネゴシエートできます。デバイスは、BMCコード化コンフィギュレーションラインと従来のBFSKコード化V_バスラインの両方を使用して^{、完全なPower Delivery仕様を使用することもできます。 [ 46 ]：§4.6.2.1}   

Type-C プラグの仕様が定められる前は、ほぼすべての USB ケーブルの一方の端に Type-A プラグ、もう一方の端に Type-B プラグが付いていました。Type-A プラグは、ホストの DFP に直接接続するか、ホストに直接または間接的に接続されているハブの DFP に接続することで間接的に、上流にのみ接続します。Type-B プラグは、周辺機器の単一の UFP に直接接続するか、さらにハブや周辺機器を接続できるハブの UFP に接続することで、下流にのみ接続します。On -The-Goデバイスには、単一の Type-AB ポート (Micro-AB または Mini-AB) があり、接続されているプラ​​グに応じてどちらかの役割を果たします。Type-C - レガシー ケーブルでは、Type-C プラグは反対側のプラグを補完するように電子的にマークされています。レガシー プラグが Type-A の場合、Type-C プラグはBとマークされ、レガシー プラグが Type-B の場合、Type-C プラグはAとマークされます。 Type-Cレセプタクルを備えたデバイスは、どちらの役割も担える場合もあれば、どちらか一方の役割しか担えない場合もあります。AまたはBとマークされたType-Cプラグが、必要な役割を担えないデバイスに接続されている場合、通信は発生しません。どちらの役割も担える2つのデバイスがType-C-Type-Cケーブルで接続されている場合、どちらがAデバイスでどちらがBデバイスかを決定するためのネゴシエーションが行われます。

コネクタは一般的に、先行するコネクタタイプがサポートするプロトコルをサポートします。

備考：

上記の2つのプラグで構成されるケーブルアセンブリに加えて、3つのアダプタアセンブリではレセプタクルが認められています。

• USB-C以前の機器との互換性を確保するための、 2種類の旧型アダプタアセンブリ：
  • USB 3.1 Standard-A レセプタクルから Type-C プラグへの変換アダプターは、従来の Standard-A プラグを最新の Type-C レセプタクルに接続するためのものです^{[ 50 ]}
  • USB 2.0 Micro-B レセプタクルから Type-C プラグへの変換アダプターは、従来の Micro-B プラグを最新の Type-C レセプタクルに接続するためのものです^{[ 50 ]}
• USB-Cより前に登場した、それ自体がレガシーと指定されている古いアダプタの1つは、Standard-AレセプタクルからMicro-Aプラグへの変換アダプタで、カメラやスマートフォンなどの小型のOn-The-Goデバイスに、プリンタや大容量ストレージデバイスなどの周辺機器を接続するためのStandard-Aポートを提供します。つまり、Standard-AプラグをMicro-ABレセプタクルに接続します。^{[ 17 ] [ 4 ]}（Type-Cを除くすべてのUSBコネクタは2014年にレガシーと指定されました。 ^{[ 50 ]}）

コンピュータのマザーボードには、マザーボードをコンピュータケースのUSBポートに接続するためのピンヘッダーが含まれています。以下のタイプが標準化されています。^{[ 51 ]}

• 2 つの USB 1.1/2.0 Type-A ポート用の 9 ピン ヘッダー。シングル ポート用の 5 ピン バージョンもあります。2000 年以前に製造されたマザーボードは、レイアウトが異なる場合があります。^{[ 52 ]}
• 2 つの USB 3.0 (3.1/3.2 Gen 1 とも呼ばれる) Type-A ポート用の 19 ピン ヘッダー。これは 9 ピン ヘッダーとの下位互換性はありません。^{[ 53 ]}このヘッダーを介して新しい信号 (Gen 2 など) を伝送するための標準はありませんが、実際にはそうするのに十分な信号整合性があります。
• 「タイプE」ポートとは、ピンの配列を持つピンヘッダーではなく、差し込むためのポートのことです。
  • 20ピンKey-Aは、 USB4  2.0の場合最大80Gbpsを提供する、フル機能のType-Cを1つ提供します。（元の定義はUSB 3.1 Gen 2 [別名USB 3.2 Gen 2、USB-Cの2レーンの場合は×2]であるため、ケースポートとヘッダー間の電気接続は80Gbpsに十分な品質ではない可能性があります。USB4 40Gbpsは、USB 3.1 Gen 2と同じケーブル品質を必要とするため、実現可能です。）^{[ 54 ] [ 55 ]} また、USB 3.1/3.2 Gen 2までのType-Aポートを1つ提供するためにも使用できます。このヘッダーはレガシー（USB 1.1/2.0）データピンのペアを1つしか提供しないため、このヘッダーから2つのType-Aポートを提供する公式な規定はありません。^{[ 54 ]} 20ピンヘッダーは、9ピンまたは19ピンのどちらとも下位互換性がありません。  
  • USB 3.1/3.2 Gen 2までの2つのType-Aポート用の20ピンKey-B。このヘッダーは、CCピンとSBUピンを従来の1.1/2.0データ（D+、D−）と電源（VBUS、GND）に再割り当てすることでKey-Aと異なります。物理的なキーイングにより、Key-AとKey-Bのポート（ヘッダー）とプラグの混在を防ぎます。^{[ 54 ]}
  • 40ピンは、2つの20ピンKey-Aヘッダーを横に並べたものと機能的に同じです。2つのType-Cポート、1つのType-Cポートと1つのType-Aポート、または2つのType-Aポートをサポートします。40ピンポートは20ピンKey-Aプラグを受け入れることができます。^{[ 54 ]}

これらのシステムはすべて、USB外部コネクタと同様に電気的に互換性があるため、パッシブアダプタを使用して物理的な非互換性を軽減できます。例えば、19ピンヘッダーを9ピンヘッダーに変換することが可能です。CCおよびSBU機能は利用できませんが、19ピンヘッダーをUSB-C用の20ピンヘッダーに変換することもできます。

回路基板に半田付けされるUSBレセプタクル（表面実装デバイス）の形状と接点位置、すなわちフットプリントは、部分的に標準化されている。

さらに、同じ回路基板上の2つのチップ間の通信にUSB 2.0を使用する組み込みUSB （eUSB2）仕様があります。これは、通常のUSB 2.0と比較して低い信号電圧を使用します。^{[ 56 ]}

パーソナル電子機器のメーカーは、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ない場合があります。^{[ 57 ]}例えば、オリンパスはCB-USB8と呼ばれる特殊なケーブルを使用しており、その片端には特殊な接点があります。一部のメーカーは、AppleのLightningケーブルのように、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。独自のポートとケーブルの完全な機能がUSB標準ポートで保証されているわけではありません。たとえば、一部のデバイスはUSB接続をバッ​​テリー充電にのみ使用し、データ転送機能は実装していません。^{[ 58 ]}

上流（またはホスト）コネクタの V_BUS の許容値は、当初は ±5%（つまり、4.75  V ～ 5.25 V の範囲内）でした。2014年にUSB Type-C 仕様がリリースされ、3 A の電力供給が可能になったため、USB-IF は、より高い電流での電圧降下に対処するために、上限電圧を 5.5 Vに引き上げることにしました。^{[ 64 ]} USB 2.0 仕様（したがって暗黙のうちに USB 3.x 仕様も）も、この変更を反映するようにその時点で更新されました。^{[ 65 ]} USB仕様の拡張により、最大許容V_BUS電圧は段階的にさらに増加し​​ました。USB BC 1.2の6.0 Vから始まり、^{[ 66 ]} USB PD 2.0の21.5 V ^{[ 67 ]} 、 USB PD 3.1の50.9 V ^{[ 67 ]}へと増加しましたが、公称電圧を5 V以上に上げる前にさまざまな形式のハンドシェイクを要求することで、USB 2.0との下位互換性を維持しています。      

USB PD は引き続き双方向 5% 許容誤差を使用し、許容電圧はPDO ±5% です (例えば、PDO が 9.0  V の場合、最小値と最大値はそれぞれ 8.55  V と 9.45 V です)。より高い (またはより低い) 電圧に変更する場合、最大 275 ミリ秒まで ±0.5 V を超えないオーバーシュート (またはアンダーシュート)が許容されます。 ^{[ 67 ]}  

上流ホスト (電力供給側) と下流デバイス (電力消費側) の間のコネクタ、ハブ、ケーブルのチェーン内のさまざまな場所で、許容される最小電圧がいくつか定義されています。電圧降下を考慮するため、 USB 2.0 では、低電力デバイスの場合、ホストポート、ハブポート、デバイスの電圧はそれぞれ少なくとも 4.75  V、4.4  V、4.35  V と規定されています^{[ a ]。}一方、高電力デバイスの場合は、すべての場所で少なくとも 4.75 V である必要があります^{[ b ]} (ただし、高電力デバイスは、低電力の上流ポートに接続された場合に検出および列挙できるように、低電力デバイスとして動作する必要があります)。USB 3.x仕様では、すべてのデバイスがデバイスポートで4.00 V まで動作する必要があると規定されています。    

USB 2.0やUSB 3.2とは異なり、USB4は独自のVBUSベースの電源モデルを定義していません。USB4の動作に必要な電力は、USB Type-C仕様およびUSB PD仕様で定義されているとおりに供給および管理されます。

デバイスの消費電力の制限は、USB 2.0 の場合は100 mA、 SuperSpeed (つまり USB 3.x) デバイスの場合は 150 mAの単位負荷で規定されています。低電力デバイスは最大 1 単位負荷を消費できます。すべてのデバイスは、構成前に低電力デバイスとして動作する必要があります。高電力デバイスは構成する必要があり、その後、構成で指定されているように、最大​​ 5 単位負荷 (500 mA)、SuperSpeed デバイスの場合は 6 単位負荷 (900 mA) を消費できます。これは、アップストリーム ポートから常に最大電力が利用できるとは限らないためです。^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]}    

バスパワーハブは、低電力ポートを提供する高電力デバイスです。ハブ自体に1単位の負荷、最大4つのポートそれぞれに1単位の負荷を消費します。ハブには、ポートの代わりに取り外し不可能なデバイスが接続されている場合もあります。一般的な例としては、マウスなどのポインティングデバイスに十分な2つの低電力Aポートを備えたキーボードがあります。（USB用語では、このようなキーボードは1つのハブと1つの周辺機器に相当します。）自己給電ハブは、ホストからの電源供給に加えて独自の外部電源を供給することで高電力ポートを提供するデバイスです。オプションとして、ハブコントローラは低電力デバイスとして動作するために電力を消費しますが、すべての高電力ポートはハブの自己給電から電力を消費する必要があります。

デバイス（例えば、高速ディスクドライブ）が、高出力デバイスが供給できる以上の電力を必要とする場合、^{[ 72 ]}単一ポートのバス電源では、動作が不安定になるか、まったく動作しない。USB は、これらのデバイスが自己給電できるようにしている。ただし、このようなデバイスには、2 つの USB プラグ（1 つは電源とデータ用、もう 1 つは電源専用）を備えた Y 字型のケーブルが付属している場合があり、2 つのデバイスとして電力を供給される。^{[ 73 ]}このようなケーブルは非標準であり、仕様では「Y 字型ケーブル（2 つの A プラグを備えたケーブル）の使用は、いかなる USB 周辺機器でも禁止されている」と規定されており、「USB 周辺機器が、設計されている USB 仕様で許可されている以上の電力を必要とする場合は、自己給電でなければならない」ことを意味する。^{[ 74 ]}

USB 2.0以降、USBはUSBホストとUSBデバイスの過電流保護メカニズムを標準化しました。^{[ 75 ]}

USBバッテリー充電（BC）は充電ポートを定義しており、データ転送機能付きの充電ダウンストリームポート（CDP）またはデータ転送機能のない専用充電ポート（DCP）のいずれかになります。専用充電ポートは、接続されたデバイスの動作と充電、およびバッテリーパックの充電を行うためにUSB電源アダプタに搭載されています。両方の種類の充電ポートを備えたホストのポートにはラベルが付けられます。^{[ 76 ]}

充電装置は、D+端子とD−端子に非データ信号を送ることで充電ポートを識別する。専用の充電ポートは、 D+端子とD−端子の間に200Ω以下の抵抗を接続する。^{[ 76 ]： §1.4.7；表5-3}

基本仕様によれば、標準ダウンストリームポート（SDP）に接続されたデバイスは、最初は低電力デバイスである必要があり、高電力モードはホストによる後続のUSB構成に依存します。ただし、充電ポートは、0.5～1.5A の電流をすぐに供​​給できます。充電ポートは、0.5A未満の電流制限を適用してはならず 、1.5A未満 または電圧が2Vに低下する前に シャットダウンしてはなりません。 ^{[ 76 ]}

これらの電流は元の規格よりも大きいため、ケーブル内の余分な電圧降下によりノイズマージンが減少し、高速信号伝送に問題が発生します。バッテリー充電仕様1.1では、高速信号伝送中に充電デバイスがバス電源電流の引き込みを動的に制限する必要があると規定されています。^{[ 77 ]} 1.2では、充電デバイスとポートは高速信号伝送におけるより高い接地電圧差に耐えられるように設計する必要があると規定されています。

仕様の改訂版1.2は2010年にリリースされました。この改訂版では、 未設定デバイスの充電ダウンストリームポートで1.5Aを許可するなど、いくつかの変更と制限の引き上げが行われ、最大1.5Aの電流で高速通信が可能になりました。 また、抵抗機構による充電ポート検出のサポートも削除されました。^{[ 78 ]}

バッテリー充電仕様が定義される前は、携帯機器が利用可能な電流量を問い合わせる標準的な方法はありませんでした。たとえば、Apple のiPodおよびiPhone充電器は、D− および D+ ラインの電圧 (「Apple Brick ID」とも呼ばれる) によって利用可能な電流を示します。D+ = D− = 2.0  V の場合、デバイスは最大 900  mA を引き込むことができます。D+ = 2.0  V かつ D− = 2.8  V の場合、デバイスは最大 1  A の電流を引き込むことができます。^{[ 79 ]} D+ = 2.8  V かつ D− = 2.0  V の場合、デバイスは最大 2  A の電流を引き込むことができます。^{[ 80 ]この方法で供給}される最大電力は 12.48  W (5.2  V、2.4  A) で、D+ = D− = 2.7 V の場合^{です。[ 82 ]} 

2012 年 7 月、USB プロモーターズ グループは、USB Power Delivery ( USB-PD ) 仕様 (USB PD rev. 1) の最終化を発表しました。これは、標準の USB Type-A および Type-B コネクタを備えた認定PD 対応USB ケーブルを使用して、電力要求の高いデバイスに ( 以前のUSB バッテリー充電仕様で許可されていた最大 7.5 W を超える) より多くの電力を供給することを規定する拡張機能です。 (USB-PD A および B プラグには機械的なマークがあり、Micro プラグにはケーブルの機能を示す ID ピンに抵抗器またはコンデンサが取り付けられています。) USB-PD デバイスは、準拠ホストからより高い電流と供給電圧を要求できます。最大 2  A で 5  V (最大 10  W の電力消費)、オプションで最大 3  A または 5  A で 12  V (36  W または 60  W) または 20  V (60  W または 100  W) のいずれかです。^{[ 87 ]}すべての場合において、ホストからデバイス、デバイスからホストの両方の構成がサポートされています。^{[ 88 ]}

この規格の目的は、既存の欧州および中国の携帯電話充電規格の自然な拡張として、ノートパソコン、タブレット、USB電源ディスク、および同様の高出力の民生用電子機器を均一に充電できるようにすることです。これは、住宅および公共の建物の両方で小型デバイスに使用される電力の伝送および使用方法にも影響を与える可能性があります。^{[ 89 ] [ 83 ]}この規格は、以前のUSBバッテリー充電仕様と共存するように設計されています。^{[ 90 ]}

最初の電力供給仕様（Rev. 1.0）では、電源用に6つの固定電力プロファイルが定義されました。PD対応デバイスは、双方向データチャネルを介して電源とインターフェースし、サポートされているプロファイルに応じて最大5A および20Vまで可変の特定のレベルの電力を要求することで、柔軟な電力管理方式を実現します。電力構成プロトコルは、構成チャネル（CC）ワイヤが存在する場合はその上でBMC コーディングを使用するか、V _BUSライン上で24MHz BFSK符号化伝送チャネルを使用できます。^{[ 83 ]} 

USB Power Delivery仕様改訂版 2.0（USB PD Rev. 2.0）は、USB  3.1スイートの一部としてリリースされました。^{[ 84 ] [ 91 ] [ 92 ]}この仕様は、 USB-Cケーブルとコネクタを対象としており、個別の構成チャネルを備え、RF干渉の可能性を低減するDC結合低周波BMC符号化データチャネルをホストしています。^{[ 93 ]} _{Power Deliveryプロトコルは、ケーブルID機能、オルタネートモードネゴシエーション、V BUS}電流の増加、V _CONN給電アクセサリなどのUSB-C機能を容易にするために更新されました。

仕様改訂版 2.0、バージョン 1.2以降、電源の6つの固定電力プロファイルは廃止されました。^{[ 94 ]} USB PD電力ルールが電力プロファイルに代わり、5、9、15、20Vの4つの標準電圧レベルを定義しています。6 つの固定プロファイルの代わりに、電源は0.5Wから100Wまでの任意の最大ソース出力電力をサポートできます 。 

USB Power Delivery仕様の改訂版 3.0では、オプションのプログラマブル電源（PPS）プロトコルが定義されており、V _BUS 出力のきめ細かな制御が可能で、3.3～21 Vの電圧範囲を20  mV刻みで、電流を50  mA刻みで指定できるため、定電圧および定電流充電が容易になります。改訂版3.0では、拡張構成メッセージと高速ロールスワップも追加され、BFSKプロトコルは非推奨となっています。^{[ 85 ]：表 6.26 [ 95 ] [ 96 ]} PPSは、充電器とデバイスの両方で発生する熱を低減できます。

2018年1月8日、USB-IFはUSB Power Delivery 3.0仕様のProgrammable Power Supply（PPS）プロトコルを使用する充電器向けに、Certified USB Fast Chargerロゴを発表しました。^{[ 97 ]}

2021 年 5 月、USB PD プロモーターグループは仕様の改訂 3.1 を発表しました。^{[ 86 ]}改訂 3.1 では、28、36、48  V のより高い電圧を可能にし、最大 240 W (48 V で 5 A) の電力を供給する拡張電力範囲 (EPR) モードと、15～48 Vの範囲で 100 mV ステップで電圧を指定できる「調整可能な電圧供給」(AVS) プロトコルが追加されました。^{[ 98 ] [ 99 ]}より高い電圧では、5 A の動作をサポートし、USB Type-C 規格改訂 2.1 で要求される機械的改良を組み込んだ電子的にマークされた EPR ケーブルが必要です。既存の電力モードは遡及的に標準電力範囲 (SPR) と改名されます。 2021年10月、Appleは新しいMacBookとともに140W（28V 5A ）GaN USB PD充電器を発表し^{[ 100 ]} 、 2023年6月にはFrameworkがFramework 16とともに180W（36V 5A）GaN USB PD充電器を発表しました[ 101 ^{]。AVSプロトコル}はPPSプロトコルとの下位互換性がありません。AVSをサポートする充電器は、PPSもサポートしない場合があります。            

2023年10月、USB PD推進グループは仕様の改訂版3.2を発表しました。AVSプロトコルは、旧標準電力範囲（SPR）で動作し、最低9Vまで対応し ます^{。[ 102 ]：§10.2.2}

Power Deliveryが登場する以前は、携帯電話メーカーは独自のプロトコルを使用して、USBバッテリー充電 仕様（BCS）の7.5Wの上限を超えていました。たとえば、QualcommのQuick Charge 2.0はより高い電圧で18Wを供給でき、VOOCは通常の5Vで20Wを供給できます。^{[ 103 ]} Quick Charge 4などのこれらの技術の一部は、最終的にUSB PDと再び互換性を持つようになりました。^{[ 104 ]}   

2024年現在主流のUSB PD充電コントローラーは、1つのポートで最大100Wをサポートし 、一部は最大140W  [ ^{105 ] [ 106 ] 、}カスタム構築では最大 180W ^{[ 101 ]をサポートしています。}

しかし、最大電力値は実際にはほとんど使用されていません。特に携帯電話の充電ではそうです。使用されている標準または中古のUSB-C充電器は依然として1.5A@5V（=7.5W）で、これはUSB-Aと同じです。実際に通信して供給/需要の組み合わせに適合できる充電器（電源）と被充電デバイス（電話、クライアント）はごくわずかであるため、充電は多くの場合、USB-A規格の低速のままです。一部のデバイスは、ネゴシエートされたPDO（電力供給オブジェクト）を使用するために連携していますが、その値は静的です。また、PPS（プログラム可能な電源）は最大で7つしかないため、APDO（拡張電力データオブジェクト、値の間隔、20/50 mV/mA​​刻みで動的）の有効性を実際に利用できるデバイスはごくわずかで、通常は動的なAPDOは2つしか提供されず、残りの5つは静的なAPDOに割り当てられます。たとえ過熱が防止されたとしても、例えば4.1V@2.8A（11.48W）の場合、充電電力はほとんどの場合、デバイスの最大電力制限である27W（9V@3A）には遠く及ばない。これは、スマートフォンがサポートする電圧が通常5V、幸運にも9V（APDOでは3.3～11V）であり、最大でも3A、9Vを超える電圧では2.22Aしかないため、20Wは実際の電力供給の上限値としてはさらに低く、しかもピーク時の最適値に過ぎないからである。

携帯電話への電力供給速度に差が生じるもう一つの理由は、メーカーのアプローチの違いです。例えば、Samsungは最大充電速度を重視し、USB-C/PPS規格外の電力でも受け入れるため、5A@4.2V（21W）の充電が可能です。一方、Sony Xperiaは正反対の極端なアプローチを取り、PPS規格に厳密に従うため、充電状態が公式規格外になると、すぐに基本の1.5A（7W）充電、つまり「従来の低速充電」に切り替わり、携帯電話の過熱を防ぎ、バッテリーの寿命を延ばします。

27W/33Wを超える電力は、より高い電流（5A）とより高い電圧（20V）によって実現され、上限は100W（または60W@3A）になります。しかし、このような高電力は携帯電話では一般的に実現できず、3Aを超える電流の場合は、Eマーカーなどの特別なプロトコルとケーブル（コネクタ内部に電子部品を含む）が通常必要になります。

スリープ＆チャージ機能付きUSBポートは、ポートを搭載したコンピュータの電源がオフの状態でも電子機器を充電するために使用できます。通常、コンピュータの電源がオフになると、USBポートの電源もオフになります。この機能は、一部のラップトップドッキングステーションにも実装されており、ラップトップが接続されていない場合でもデバイスを充電できます。^{[ 107 ]}ラップトップでは、AC電源が供給されていない状態でUSBポートからデバイスを充電すると、ラップトップのバッテリーが消耗します。ほとんどのラップトップには、バッテリー残量が少なくなりすぎると充電を停止する機能があります。^{[ 108 ]}

Dell、HP、Toshibaのノートパソコンでは、スリープ充電対応のUSBポートは、標準のUSBシンボルに右側に稲妻またはバッテリーアイコンが追加されたものでマークされています。^{[ 109 ]} Dellはこの機能をPowerShareと呼んでおり、^{[ 110 ]} BIOSで有効にする必要があります。ToshibaはUSB Sleep-and-Chargeと呼んでいます。^{[ 111 ]} Acer Inc.とPackard Bellのノートパソコンでは、スリープ充電対応のUSBポートは非​​標準のシンボル（バッテリーの図の上にUSBの文字）でマークされており、この機能はPower-off USBと呼ばれています。^{[ 112 ]} Lenovoはこの機能をAlways On USBと呼んでいます。^{[ 113 ]}

さまざまな（USB以外の）規格は、USBバッテリー充電規格よりも高速なデバイス充電をサポートしています。デバイスが高速充電規格を認識しない場合、通常、デバイスと充電器はUSBバッテリー充電規格である5V、1.5A（7.5W）にフォールバックします 。 デバイス が互換性のある高速充電規格の充電器に接続されていることを検出すると、デバイスはより多くの電流を引き込むか、デバイスは充電器に電圧を上げるように指示するか、またはその両方を行って電力を増加させます（詳細は規格によって異なります）。^{[ 129 ]}

このような基準には以下が含まれます。^{[ 129 ] [ 130 ]}

• Appleの「Brick ID」による2A および2.4A 充電（上記参照、BCネゴシエーションは使用しません）
• Googleの急速充電
• ファーウェイ・スーパーチャージ
• MediaTek Pump Express
• モトローラ・ターボパワー
• OppoのSuper VOOCフラッシュチャージは、OnePlusデバイスではDash ChargeまたはWarp Charge 、 RealmeデバイスではDart Chargeとも呼ばれています。
• クアルコムクイックチャージ（QC）
• サムスン アダプティブ急速充電

一部のUSBデバイスは、単一ポートの仕様で許容される電力よりも多くの電力を必要とします。これは、外付けハードディスクドライブや光ディスクドライブ、そして一般的にモーターやランプを備えたデバイスによく見られます。このようなデバイスは、規格で認められている外部電源を使用するか、電源とデータ転送用の入力と電源専用の入力を持つデュアル入力USBケーブルを使用することで、非標準USBデバイスとして扱うことができます。実際には、一部のUSBポートや外部ハブは、仕様で要求される電力よりも多くの電力をUSBデバイスに供給できますが、規格に準拠したデバイスはこれに依存しない場合があります。

USB 仕様では、デバイスが使用する平均総電力を制限することに加えて、デバイスが最初に接続されたときの突入電流(つまり、デカップリングコンデンサとフィルタコンデンサを充電するために使用される電流) も制限しています。そうしないと、デバイスを接続するとホストの内部電源に問題が発生する可能性があります。USB デバイスは、USB ホストがサスペンドされたときに自動的に超低電力サスペンド モードに入ることも求められています。しかし、多くの USB ホスト インターフェイスは、サスペンドされたときに USB デバイスへの電源供給を遮断しません。^{[ 131 ]}

一部の非標準デバイスは、 ホストインターフェイスと電力消費をネゴシエートする適切なUSBネットワークに参加せずにUSB 5V電源を使用します。これらのデバイスは通常、ネゴシエートなしで許可されている以上の電力を消費するため、規格に違反します。例としては、USB電源のキーボードライト、ファン、マグクーラーやヒーター、バッテリー充電器、小型掃除機、さらには小型溶岩ランプなどがあります。ほとんどの場合、これらのアイテムにはデジタル回路が含まれていないため、標準に準拠したUSBデバイスではありません。これにより、過電流を消費して回路を損傷するなど、一部のコンピュータで問題が発生する可能性があります。USBバッテリー充電仕様以前のUSB仕様では、デバイスは低電力モード（ 最大100mA）で接続し、電流要件をホストに伝え、ホストがデバイスを高電力モードに切り替えることを許可していました。

USB Power Delivery以前のデバイスの中には、充電ポートに接続すると、 独自の方式を使用してUSB規格に違反することなく完全な互換性を維持しながら、バッテリー充電仕様で許可されている電力（10ワット）よりも多くの電力を消費するものがあります。iPadはそのようなデバイスの1つです。^{[ 132 ]}データピン電圧で電流の引き込みを調整します。^{[ 79 ]} Barnes & Noble Nook Color デバイスも、 1.9Aを供給できる特別な充電器が必要です。

PoweredUSBは、USB Power Deliveryが登場するずっと以前から存在する独自の拡張機能で、5V、12V 、または24V で最大6Aの電流を供給できる4つのピンを追加します。これは、バーコードリーダー、クレジットカード端末、プリンターなどの周辺機器に電力を供給するために、POSシステムで一般的に使用されています。