USBハードウェア

USB規格の初期バージョンでは、使いやすく、許容できる寿命を持つコネクタが指定されていました。規格の改訂では、小型のポータブル デバイスに便利な小型コネクタが追加されました。USB 規格の高速化により、追加のデータ パスを可能にする別のコネクタ ファミリが生まれました。USB のすべてのバージョンでケーブル プロパティが指定されており、バージョン 3.xケーブルには追加のデータ パスが含まれています。USB 規格には周辺機器への電源供給が含まれていましたが、最新バージョンの規格では、バッテリー充電と最大 240ワットを必要とするデバイスへの電力供給制限が拡張されています。USB は多くの携帯電話の標準充電形式として選択されており、専用充電器の急増を減らしています。

他のデータバス(イーサネットなど) とは異なり、USB 接続は方向付けられています。ホスト デバイスには、デバイスの「上流」ポートに接続する「下流」ポートがあります。電力を供給するのは下流ポートのみです。このトポロジーは、電気的な過負荷や機器の損傷を簡単に防ぐために選択されました。したがって、USB ケーブルには A と B という異なる端があり、それぞれに異なる物理コネクタがあります。各形式には、A 端と B 端のそれぞれに定義されたプラグとレセプタクルがあります。USB ケーブルには、定義上、各端にプラグ (1 つは A (または C)、もう 1 つは B (または C)) があり、対応するレセプタクルは通常、コンピューターまたは電子デバイス上にあります。ミニ形式とマイクロ形式は、A または B プラグのいずれかを受け入れる AB レセプタクルに接続できます。そのプラグによってレセプタクルの動作が決まります。

USB コネクタの 3 つのサイズは、デスクトップまたはポータブル機器向けのデフォルトまたは標準形式、モバイル機器向けのミニ(より薄いマイクロサイズに置き換えられた際に廃止されました) です。これらはすべて、USB 3.2 で廃止され、代わりに Type-C が採用されました。USB データ転送には、低速、全速、高速 (仕様のバージョン 2.0 以降)、SuperSpeed (バージョン 3.0 以降)、SuperSpeed+ (バージョン 3.1 以降) の 5 つの速度があります。モードによってハードウェアとケーブルの要件が異なります。USB デバイスには実装モードの選択肢がいくつかあり、USB バージョンは実装モードを確実に示すものではありません。モードは名前とアイコンで識別され、仕様ではプラグとレセプタクルを色分けすることが推奨されています (SuperSpeed は青で識別されます)。

USB委員会が規定するコネクタは、USBの基本的な目標のいくつかをサポートし、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。ホストまたはデバイスに取り付けられたコネクタはレセプタクルと呼ばれ、ケーブルに接続されたコネクタはプラグと呼ばれます。 [ ^2]公式のUSB仕様書では、定期的にプラグを表すためにオス、レセプタクルを表すためにメスという用語が定義されています。^{[3] [説明が必要]}

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、ユーザーが正しい向きを認識できるように、ケーブルプラグとレセプタクルにマークを付ける必要があります。^[2]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、他のコネクタで使用されるネジ、クリップ、サムターンを使用せず、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 プラグと B プラグが異なるため、誤って 2 つの電源を接続することがありません。ただし、この指向性トポロジの一部は、A 対 A、B 対 B、場合によっては Y/スプリッター ケーブルを必要とする多目的 USB 接続 (スマートフォンのUSB On-The-Go、USB 電源の Wi-Fi ルーターなど) の出現により失われています。より詳細な概要説明については、以下の USB On-The-Go コネクタのセクションを参照してください。

両端にAプラグが付いたケーブルと呼ばれるものがあり、これは「ケーブル」に例えば2つのポートを持つUSBホスト間転送デバイスが含まれている場合に有効である可能性があります。 ^[4]これは定義上、2つのA端を持つケーブルではなく、それぞれにキャプティブケーブルが付いた2つの論理Bポートを持つデバイスです。

標準コネクタは、過去の多くのコネクタよりも堅牢になるよう設計されました。これは、USB がホットスワップ可能であり、コネクタが以前のコネクタよりも頻繁に、そしておそらくそれほど注意を払うことなく使用されるためです。

標準USBの最低定格寿命は挿抜1,500回であるが^[5]、 Mini-USBレセプタクルではこれを5,000回に増やし^[5]、より新しいMicro-USB ^[5]とUSB-Cレセプタクルはどちらも最低定格寿命を挿抜10,000回に設計している。^[6]これを実現するために、ロック装置が追加され、リーフスプリングがジャックからプラグに移動されたため、最もストレスのかかる部分が接続のケーブル側になる。この変更は、安価なケーブルのコネクタが最も摩耗に耐えられるように行われた。^{[5] [ページが必要]}

標準的なUSBでは、USBコネクタの電気接点は隣接するプラスチック製の舌部によって保護されており、接続アセンブリ全体は通常、囲む金属シェルによって保護されています。^[5]

プラグのシェルは、内部ピンよりも先にレセプタクルと接触します。シェルは通常、静電気を消散させ、コネクタ内のワイヤを保護するために接地されています。

USB 規格では、異なるベンダーのコネクタの物理的な非互換性を最小限に抑えるために、準拠 USB コネクタの許容範囲を指定しています。また、USB 仕様では、隣接するポートがブロックされないように、プラグ周辺の接続デバイスのサイズ制限も定義しています。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ケーブルをサポートする必要があります。

USB 2.0は電源用に2本のワイヤ（V _BUSとGND）を使用し、差動シリアルデータ信号用に2本のワイヤを使用します。ミニコネクタとマイクロコネクタではGND接続がピン#4からピン#5に移動され、ピン#4はOn-The-Goホスト/クライアント識別用のIDピンとして機能します。^[7]

USB 3.0 は、2 つの追加の差動ペア (4 本のワイヤ、SSTx+、SSTx−、SSRx+、SSRx−) を提供し、SuperSpeedでの全二重データ転送を提供します。これは、シリアル ATAまたはシングルレーンPCI Expressに似ています。

USBポートとコネクタは、機能やUSBバージョンを区別するために色分けされていることが多い。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。たとえば、USB 3.0仕様では適切な色分けが義務付けられていますが、Standard-A USB 3.0コネクタとプラグには青色のインサートのみが推奨されています。^[9]

USB コネクタの種類は、仕様が進化するにつれて増加しました。元の USB 仕様では、標準 A および標準 B のプラグとレセプタクルが詳細に規定されていました。コネクタは異なっていたため、ユーザーは 1 つのコンピュータ レセプタクルを別のコンピュータ レセプタクルに接続することはできませんでした。標準プラグのデータ ピンは電源ピンに比べて凹んでいるため、デバイスはデータ接続を確立する前に電源を入れることができます。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 ピンを含まないため、対応している USB デバイスであれば標準の USB ケーブルから充電または操作できます。充電ケーブルは電源接続を提供しますが、データは接続しません。充電専用ケーブルでは、データ ワイヤがデバイス側で短絡されています。そうしないと、デバイスが充電器を不適切として拒否する場合があります。

• タイプ A プラグ。このプラグは細長い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 ポートにあるタイプ 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。キーボードやマウスなどの USB デバイスの固定ケーブルは、タイプ A プラグで終端されます。
• タイプBプラグ: このプラグはほぼ正方形の断面を持ち、上部の外側の角は面取りされています。取り外し可能なケーブルの一部として、プリンターなどのデバイスのアップストリームポートに挿入します。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、アップストリームデバイスからの電源の受け入れのみに使用されます。この2つのコネクタタイプのスキーム(A/B)により、ユーザーが誤ってループを作成することを防ぎます。^{[10] [11]}

オーバーモールドブーツ（取り扱いに使用されるコネクタの一部） の最大許容断面積は、標準Aプラグタイプでは16 x 8 mm（0.63 x 0.31インチ）、タイプBでは11.5 x 10.5 mm（0.45 x 0.41インチ）です。^[3]

Mini-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した。Mini-AコネクタとMini-ABレセプタクルコネクタは、2007年5月から廃止されています。 ^[12] Mini-Bコネクタはまだサポートされていますが、On-The-Goに準拠していません。^[13] Mini-B USB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ための標準でした。Mini-AプラグとMini-Bプラグはどちらも約3 x 7 mm（0.12 x 0.28インチ）です。Mini-ABレセプタクルは、Mini-AプラグとMini-Bプラグのどちらでも受け入れます。

2007年1月4日にUSB-IFから発表されたマイクロUSBコネクタ^{[14] [15]}は、ミニUSBと幅はほぼ同じですが、厚さは約半分なので、より薄いポータブルデバイスに組み込むことができます。マイクロAコネクタは6.85 x 1.8 mm（0.270 x 0.071インチ）で、最大オーバーモールドブートサイズは11.7 x 8.5 mm（0.46 x 0.33インチ）です。マイクロBコネクタは6.85 x 1.8 mm（0.270 x 0.071インチ）で、最大オーバーモールドサイズは10.6 x 8.5 mm（0.42 x 0.33インチ）です。^[8]

より薄型のマイクロUSBコネクタは、スマートフォン、パーソナルデジタルアシスタント、カメラなど、2007年5月以降に製造されたデバイスのミニコネクタを置き換えることを目的としていました。 ^[16]

マイクロプラグの設計は、少なくとも10,000回の接続と切断のサイクルに耐えるように評価されており、これはミニプラグの設計よりも高い。^{[14] [17]}マイクロコネクタは、デバイスの機械的摩耗を減らすようにも設計されており、代わりに、交換が容易なケーブルが、接続と切断による機械的摩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マイクロUSBケーブルおよびコネクタ仕様では、マイクロAプラグ、マイクロABレセプタクル（マイクロAプラグとマイクロBプラグの両方に対応）、両面マイクロUSB、マイクロBプラグとレセプタクル、^[17]に加えて、標準AレセプタクルからマイクロAプラグアダプタへの機械的特性について詳しく説明しています。

マイクロUSBは、2007年に携帯電話事業者団体のOpen Mobile Terminal Platform（OMTP）によって、モバイル機器のデータと電源用の標準コネクタとして承認されました^。[18]

マイクロ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^。[19]

欧州では、マイクロUSBがEUで販売されるスマートフォンで使用するための共通外部電源（EPS）として定義され、 ^[20]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。^{[21] [22] MoUのオリジナル署名者の1つである} Appleは、共通EPS MoUで許可されているように、Apple独自の30ピンドックコネクタまたは（後発の）Lightningコネクタを備えたiPhone用にマイクロUSBアダプタを提供しています。^{[23] [24]} CEN、CENELEC、ETSIによれば。

USB 3.0 では、Type-A SuperSpeed プラグとレセプタクル、およびマイクロサイズの Type-B SuperSpeed プラグとレセプタクルが導入されました。3.0 レセプタクルは、対応する 3.0 より前のプラグと下位互換性があります。

USB 3. xおよび USB 1. xタイプ A の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 SuperSpeed (および USB 3.1 Gen 2 の SuperSpeed+) を実現するために、元の 4 ピン USB 1.0 設計の未使用領域に 5 つのピンが追加され、USB 3.0 タイプ A のプラグとレセプタクルは USB 1.0 のプラグとレセプタクルと下位互換性を持つようになりました。

デバイス側では、USB 3.0 機能を実現するために必要な 5 つの追加ピンに対応するために、改良された Micro-B プラグ (Micro-B SuperSpeed) が使用されます (USB-C プラグも使用できます)。USB 3.0 Micro-B プラグは、実質的には標準の USB 2.0 Micro-B ケーブル プラグで構成され、その側面に 5 ピンのプラグが「積み重ね」られています。このようにして、より小さな 5 ピンの USB 2.0 Micro-B プラグを備えたケーブルを、10 接点の USB 3.0 Micro-B レセプタクルを備えたデバイスに接続して、下位互換性を実現できます。

USB ケーブルには、以下のUSB ケーブル マトリックスに示すように、ケーブルの両端にさまざまな組み合わせのプラグが付いたものがあります。

USB On-The-Go (OTG) では、ホストとデバイスの両方の役割を果たすデバイスの概念が導入されています。現在のすべての OTG デバイスには、USB コネクタが 1 つだけ必要です。つまり、Micro-AB レセプタクルです。(Micro-USB が開発される前は、On-The-Go デバイスはMini -AB レセプタクルを使用していました。)

Micro-AB レセプタクルは、Micro-USB 仕様のリビジョン 1.01 で定義されている合法的なケーブルおよびアダプタに接続された Micro-A および Micro-B プラグを受け入れることができます。

タイプ AB レセプタクルがケーブルのどの端が差し込まれているかを識別できるように、プラグには標準サイズの USB コネクタの 4 つの接点に加えて「ID」ピンがあります。この ID ピンは、タイプ A プラグでは GND に接続され、タイプ B プラグでは未接続のままです。通常、デバイス内のプルアップ抵抗器を使用して、ID 接続の有無を検出します。

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役割を担い、デフォルトではホストの役割を担います。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、デフォルトでは周辺機器の役割を担います。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は、ホスト ネゴシエーション プロトコル (HNP) を使用して、ホストの役割を一時的に B デバイスに転送します。

周辺機器のみの B デバイスまたは標準/組み込みホストに接続された OTG デバイスの役割はケーブルによって固定されます。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。^{[引用が必要]}

USB-Cコネクタは、以前のすべてのUSBコネクタとMini DisplayPortコネクタに取って代わります。すべてのUSBプロトコル、Thunderbolt（3以降）、DisplayPort（1.2以降）などに使用されます。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月に完成し^[25]、USBデバイス用の新しい小型リバーシブルプラグコネクタを定義しています。^{[26] USB-Cプラグはホストとデバイスの両方に接続し、さまざまなType-AおよびType-Bコネクタとケーブルを、}将来を見据えた標準に置き換えます。^{[25] [27]}

24ピンの両面コネクタは、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（USB-Cケーブルでは1ペアのみ実装）、SuperSpeedデータバス用の4つのペア（USB 3.1モードでは2ペアのみ使用）、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、およびケーブル方向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）用の構成ピンを提供します。^{[28] [29]}古いホストとデバイスをUSB-Cホストとデバイスに接続するには、タイプAとタイプBのアダプタとケーブルが必要です。USB-Cレセプタクル付きのアダプタとケーブルは使用できません。^[30]

フル機能のUSB-C 3.1ケーブルには、完全なワイヤーセットが含まれており、「電子的にマーク」（Eマーク）されています。USB Power Delivery Discover Identityコマンドに応答する「eMarker」チップが含まれています。これは、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ーを報告します。^{[31] ：§4.9}フル機能のUSB Type-Cデバイスは、マルチレーン操作（USB 3.2 Gen 1x2、USB 3.2 Gen 2x2、USB4 2x2、USB4 3x2、USB Gen 4非対称）の機械的前提条件です。^[31]

USB-Cデバイスは、ベースラインの900mAに加えて、5V電源バスで1.5Aと3.0Aの電流をサポートしています。これらの高電流は、構成ラインを介してネゴシエートできます。デバイスは、BMCコード化された構成ラインと従来のBFSKコード化されたV _BUSラインの両方を使用して、完全な電力供給仕様を利用することもできます。^{[31] ：§4.6.2.1}

USB プラグは 1 つのレセプタクルに適合しますが、図に示すように、USB On-The-Go "AB" サポートと USB 3.0 の一般的な下位互換性については注目すべき例外があります。

 独占的、危険

特定の独自目的のために存在し、USB-IF準拠の機器との相互運用性がなく、接続すると両方のデバイスに損傷を与える可能性があります。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プラグと標準Aレセプタクルを備えた「アダプタ」ケーブルはUSB仕様に準拠しています。^[8]その他のコネクタの組み合わせは準拠していません。

ケーブルと呼ばれる A-to-A アセンブリ ( Easy Transfer Cableなど) も存在しますが、これらには中間に USB デバイスのペアがあり、単なるケーブル以上のものになっています。

 非標準

USB 規格では、Type-A コネクタ 1 つと Type-B コネクタ 1 つを組み合わせたすべての組み合わせが網羅的にリストされているわけではありませんが、そのようなケーブルのほとんどは動作する可能性が高くなります。

 OTG非標準

スマートフォンなどのOTGデバイス用のMicro-BおよびMini-Bレセプタクルの広範な誤用に対処するために一般に入手可能な「OTG」ケーブル（どちらのプラグも受け入れるMicro-ABおよびMini-ABとは対照的）。USB規格に準拠していないが、デバイスのType-Bポートはデフォルトで電源が供給されていないため、これらのケーブルは少なくともデバイスを損傷する危険はない。^[32]

  非推奨

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ており、新しいMini-AコネクタやMini-Aレセプタクル、Mini-ABレセプタクルは認定されません。^[12]

注: Mini-B は廃止されていませんが、Micro-B の登場以来、使用頻度は低下しています。Micro-A と Micro-B には、Standard-A と Standard-B よりも 1 つ多くの接点があるため、Micro-AB レセプタクルを備えたハードウェアは Micro-A と Micro-B を識別し、それに応じてホストまたはデバイスとして動作します。

個人用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。^[33]たとえば、オリンパスは、片端に特殊な接点があるCB-USB8という特別なケーブルを使用しています。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ようにするLightningなどの専用ケーブルを提供しています。専用ポートやUSB標準ポートを備えた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USB接続をバッ​​テリー充電にのみ使用し、データ転送機能を実装していません。^[34]

低速、全速、高速で使用されるD±信号は、ノイズとクロストークを減らすためにツイストペア（通常はシールドなし）で伝送されます。スーパースピードは、送信と受信に別々の差動ペアを使用し、さらにシールドが必要です（通常はシールドツイストペアですが、仕様ではツインナックスも言及されています）。したがって、スーパースピードデータ伝送をサポートするために、ケーブルには2倍のワイヤが含まれ、直径が大きくなっています。^[35]

USB 1.1規格では、デバイスがフルスピード（12Mbit/s）で動作している場合の標準ケーブルの最大長は5メートル（16フィート5インチ）、デバイスが低速（1.5Mbit/s）で動作している場合の標準ケーブルの最大長は3メートル（9フィート10インチ）と規定されています。^{[36] [37] [38]}

USB 2.0では、高速（480 Mbit/s）で動作するデバイスに対して最大ケーブル長を5メートル（16フィート5インチ）としています。この制限の主な理由は、最大許容往復遅延が約1.5μsであるためです。USBホストコマンドがUSBデバイスから許容時間内に応答されない場合、ホストはコマンドが失われたと見なします。USBデバイスの応答時間、ハブの最大数による遅延、接続ケーブルによる遅延を追加すると、ケーブル1本あたりの最大許容遅延は26nsになります。[ ^{38] USB 2.0仕様では、ケーブル遅延が}5.2ns/m（1.6ns/ft、192,000km /s ）未満であることが要求されており、これは標準的な銅線で達成可能な最大伝送速度に近い値です。

USB 3.0規格ではケーブルの最大長を直接規定しておらず、すべてのケーブルが電気仕様を満たすことのみを要求しています。AWG 26ワイヤを使用した銅ケーブルの場合、実用 的な最大長は3メートル（9フィート10インチ）です。^[39]

ダウンストリーム USB コネクタは、V_BUS ピンを介してアップストリーム USB デバイスに 公称5 V DCの電力を供給します。

上流（またはホスト）コネクタのV_BUSの許容範囲は、もともと±5%（つまり、4.75Vから5.25Vの範囲のどこにでも存在可能）でした。 2014年にUSB Type-C仕様とその3A電力能力がリリースされたことで、USB-IFは高電流での電圧低下に対抗するために上限電圧を5.5Vに引き上げることを決定しました。^[40] USB 2.0仕様（したがって暗黙的にUSB 3.x仕様も）も、当時のこの変更を反映するように更新されました。^[41] USB仕様の数々の拡張により、最大許容V_BUS電圧は段階的に増加してきました。USB BC 1.2では6.0Vでしたが、^[42] USB PD 2.0では21.5V 、^{[43 ]USB PD 3.1では50.9Vになりました。 [43]}公称電圧を5V以上に上げる前には、 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は双方向5%の許容誤差を継続して使用しており、許容電圧はPDO ±5%±0.5Vです（例：PDOが9.0Vの場合、最大値と最小値はそれぞれ9.95Vと8.05Vです）。^[43]

上流ホスト (電力を供給) と下流デバイス (電力を消費) 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、最小許容電圧がいくつか定義されています。電圧降下を許容するために、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 に指定されていますが、^[a]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ります。

USB 2.0 や USB 3.2 とは異なり、USB4 では独自の VBUS ベースの電源モデルが定義されていません。USB4 の動作に必要な電力は、USB Type-C 仕様と USB PD 仕様の定義に従って確立および管理されます。

デバイスの電力消費の制限は、ユニット負荷で表され、USB 2.0 の場合は 100 mA、SuperSpeed (USB 3.x ) デバイスの場合は 150 mA です。低電力デバイスは最大 1 ユニット負荷しか消費できず、すべてのデバイスは設定前に低電力デバイスとして動作する必要があります。高電力デバイスは設定後、最大 5 ユニット負荷 (500 mA)、または SuperSpeed デバイスの場合は 6 ユニット負荷 (900 mA) まで消費できます。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。^{[44] [45] [46] [47]}

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 コントローラに 1 ユニットの負荷、最大 4 つのポートごとに 1 ユニット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機能がある場合もあります。自己電源ハブは、ホストからの電源を独自の外部電源で補うことにより、高電力ポートを提供するデバイスです。オプションで、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電源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）が高電力デバイスが引き出せる以上の電力を必要とする場合、^[48]単一ポートのバスパワーでは、それらのデバイスは不安定に動作するか、まったく動作しない。USB はこれらのデバイスを自己給電式として規定している。しかし、そのようなデバイスには、2 つのデバイスとして電力を消費するように、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 字型ケーブルが付属している場合がある。^[49]このようなケーブルは非標準であり、USB 準拠仕様では「Y 字型ケーブル（2 つの A 字型プラグを備えたケーブル）は USB 周辺機器での使用が禁止されている」と規定されており、つまり「USB 周辺機器が、その設計に定められた 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、自己給電式でなければならない」とされている。^[50]

USBバッテリー充電（BC）は、充電ポートを定義します。充電ポートは、データのある充電ダウンストリームポート（CDP）またはデータのない専用充電ポート（DCP）のいずれかです。専用充電ポートは、接続されたデバイスやバッテリーパックを動作させるためにUSB電源アダプタにあります。両方の種類の充電ポートを備えたホストの充電ポートにはラベルが付けられます。^[51]

充電装置は、D+およびD-端子上の非データ信号によって充電ポートを識別する。専用充電ポートは、D+およびD-端子間に200Ωを超えない抵抗を配置する。^{[51] ：§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なければならず、高電力モードはホストによるUSB構成に応じて変更される。ただし、充電ポートは0.5～1.5Aの電流をすぐに供​​給できる。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らない。^[51]

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ってノイズマージンが減少し、高速信号に問題が生じます。バッテリー充電仕様1.1では、充電デバイスは高速信号中にバス電源の電流消費を動的に制限する必要があると規定されています。^[52] 1.2では、充電デバイスとポートは高速信号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。いくつかの変更が加えられ、未設定のデバイスの充電ダウンストリームポートで1.5Aを許可するなど制限が引き上げられ、最大1.5Aの電流で高速通信が可能になりました。また、抵抗メカニズムによる充電ポート検出のサポートは削除されました。^[53]

バッテリー充電仕様が定義される前は、ポータブルデバイスが利用可能な電流量を問い合わせる標準化された方法はなかった。たとえば、Apple のiPodおよびiPhone充電器は、D- および D+ ライン (「Apple Brick ID」と呼ばれることもある) の電圧で利用可能な電流を示す。D+ = D- = 2.0 V の場合、デバイスは最大 900 mA の電流を引き出すことができる。D+ = 2.0 V および D- = 2.8 V の場合、デバイスは最大 1 A の電流を引き出すことができる。^[54] D+ = 2.8 V および D- = 2.0 V の場合、デバイスは最大 2 A の電流を引き出すことができる。^[55]

USB On-The-Goポートを備えたポータブル デバイスでは、USB 周辺機器の充電とアクセスを同時に実行したい場合がありますが、ポートが 1 つしかないため (On-The-Go とスペース要件の両方のため)、これを実現できません。アクセサリ充電アダプタ (ACA)は、ホストと周辺機器間の On-The-Go 接続にポータブル充電電力を供給するデバイスです。

ACA には 3 つのポートがあります。ポータブル デバイス用の OTG ポート (キャプティブ ケーブルに Micro-A プラグが必要です)、アクセサリ ポート (Micro-AB またはタイプ A レセプタクルが必要です)、充電ポート (キャプティブ ケーブルに Micro-B レセプタクル、またはタイプ A プラグまたは充電器が必要です) です。OTG ポートの ID ピンは、通常のようにプラグ内で接続されるのではなく、ACA 自体に接続され、OTG フローティング状態とグランド状態以外の信号が ACA 検出と状態シグナリングに使用されます。充電ポートはデータを渡しませんが、充電ポート検出に D± 信号を使用します。アクセサリ ポートは他のポートと同じように機能します。ACA によって適切に信号が送信されると、ポータブル デバイスは、充電ポートが存在するかのようにバス電源から充電できます。バス電源経由の OTG 信号は、ID 信号を介してポータブル デバイスに渡されます。バス電源は、充電ポートからアクセサリ ポートにも透過的に提供されます。^[51]

In July 2012, the USB Promoters Group announced the finalization of the USB Power Delivery (USB-PD) specification (USB PD rev. 1), an extension that specifies using certified PD aware USB cables with standard USB Type-A and Type-B connectors to deliver increased power (more than 7.5 W maximum allowed by the previous USB Battery Charging specification) to devices with greater power demands. (USB-PD A and B plugs have a mechanical mark while Micro plugs have a resistor or capacitor attached to the ID pin indicating the cable capability.) USB-PD Devices can request higher currents and supply voltages from compliant hosts—up to 2 A at 5 V (for a power consumption of up to 10 W), and optionally up to 3 A or 5 A at either 12 V (36 W or 60 W) or 20 V (60 W or 100 W).^[60] In all cases, both host-to-device and device-to-host configurations are supported.^[61]

The intent is to permit uniformly charging laptops, tablets, USB-powered disks and similarly higher-power consumer electronics, as a natural extension of existing European and Chinese mobile telephone charging standards. This may also affect the way electric power used for small devices is transmitted and used in both residential and public buildings.^[62][56] The standard is designed to coexist with the previous USB Battery Charging specification.^[63]

The first Power Delivery specification (Rev. 1.0) defined six fixed power profiles for the power sources. PD-aware devices implement a flexible power management scheme by interfacing with the power source through a bidirectional data channel and requesting a certain level of electrical power, variable up to 5 A and 20 V depending on supported profile. The power configuration protocol can use BMC coding over the CC (configuration channel) wire if one is present, or a 24 MHz BFSK-coded transmission channel on the V_BUS line.^[56]

USB Power Delivery仕様リビジョン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。^{[57] [64] [65]} USB-Cケーブルとコネクタを別の構成チャネルでカバーし、DC結合された低周波BMCコード化データチャネルをホストし、 RF干渉の可能性を低減します。^{[66] Power Deliveryプロトコルは、ケーブルID機能、代替モードネゴシエーション、V} _BUS電流の増加、V _CONN電源アクセサリ などのUSB-C機能を容易にするために更新されました。

USB Power Delivery仕様リビジョン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。^[67] USB PD電力ルールは電力プロファイルに代わるもので、5V、9V、15V、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までの最大ソース出力電力をサポートできます。

_{USB Power Delivery仕様リビジョン3.0では、V BUS}出力 を細かく制御できる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、20mVステップで3.3～21Vの電圧範囲と50mAステップで指定された電流を許可し、定電圧および定電流充電を容易にします。リビジョン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プロトコルは廃止されました。^{[58] ：表6.26  [68] [69]}

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認定USB急速充電器ロゴを発表しました。^[70]

2021年5月、USB PDプロモーターグループは仕様のリビジョン3.1を発表しました。^[59]リビジョン3.1では、28、36、48Vのより高い電圧を可能にし、最大240Wの電力（5Aで48V）を供給する拡張電力範囲（EPR）モードと、100mVステップで15〜48Vの範囲の電圧を指定できる「調整可能な電圧供給」（AVS）プロトコルが追加されました。^{[71] [72]}より高い電圧には、5A動作をサポートし、USBタイプC標準リビジョン2.1で要求される機械的な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）に改名されています。 2021年10月、Appleは新型MacBookに140W（28V 5A ）のGaN USB PD充電器を搭載して発表しました。 ^[73]また、2023年6月にはFrameworkがFramework 16に180W（36V 5A）のGaN USB PD充電器を搭載して発表しました。^[74]

2023年10月、USB PDプロモーターグループは仕様の改訂版3.2を発表しました。AVSプロトコルは現在、最小9Vまでの古い標準電力範囲（SPR）で動作します。^{[75] ：§10.2.2}

Power Deliveryが登場する前は、携帯電話ベンダーはUSBバッテリー充電仕様（BCS）の7.5Wの上限を超えるためにカスタムプロトコルを使用していました。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を供給します。^[76] 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。^[77]

2024年現在、主流のUSB PD充電コントローラは、単一ポートで最大100Wをサポートしており、一部のコントローラは最大140W ^{[78] [79]}をサポートし、カスタムビルドでは最大180W ^{[80]をサポートしている。}

スリープ＆チャージUSBポートは、ポートをホストするコンピュータの電源がオフになっている場合でも、電子機器の充電に使用できます。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、ラップトップが存在しない場合でもデバイスの充電が可能です。^[81]ラップトップでは、AC電源から電源が供給されていないときに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、バッテリーの充電レベルが低くなりすぎると充電を停止する機能があります。^[82]

Dell、HP、東芝のノートパソコンでは、スリープ＆充電USBポートには、右側に稲妻またはバッテリーアイコンが追加された標準のUSBシンボルが付けられています。^[83] Dellはこの機能をPowerShareと呼び、^[84] BIOSで有効にする必要があります。東芝はこれをUSBスリープ＆充電と呼んでいます。^[85] Acer Inc.とPackard Bellのノートパソコンでは、スリープ＆充電USBポートには非標準のシンボル（バッテリーの絵の上にUSBの文字）が付けられており、この機能はパワーオフUSBと呼ばれています。^[86] Lenovoはこの機能をAlways On USBと呼んでいます。^[87]

2007年6月14日現在、中国でライセンスを申請する^[update]すべての新しい携帯電話は、バッテリー充電用の電源ポートとしてUSBポートを使用することが義務付けられています。^{[88] [89]}これは、充電器でD+とD-を短絡するという規則を使用した最初の規格でした。^[90]

2007年9月、オープンモバイルターミナルプラットフォームグループ（ノキア、サムスン、モトローラ、ソニー・エリクソン、LGなどのモバイルネットワーク事業者とメーカーのフォーラム）は、メンバーがモバイルデバイスの将来の共通コネクタとしてマイクロUSBに合意したことを発表しました。^{[91] [92]}

GSM協会（GSMA）も2009年2月17日にこれに追随し、^{[93] [94] [95] [96] 、2009年4月22日には}CTIA（ワイヤレス協会）がこれをさらに支持し、^[97]国際電気通信連合（ITU）も2009年10月22日にユニバーサル充電ソリューションを「エネルギー効率の高い、1つの充電器ですべてに対応する新しい携帯電話ソリューション」として採用したことを発表し、「マイクロUSBインターフェースに基づいて、UCS充電器には4つ星以上の効率評価も含まれます。これは、評価されていない充電器よりも最大3倍のエネルギー効率です。」と付け加えました。^[98]

2009年6月、欧州委員会は、欧州連合で販売されるスマートフォンの充電用の共通規格としてマイクロUSBを採用するための自主的な覚書（MoU）を組織しました。この仕様は共通外部電源と呼ばれていました。このMoUは2014年まで続きました。共通EPS仕様（EN 62684:2010）はUSBバッテリー充電仕様を参照しており、GSMA / OMTPおよび中国の充電ソリューションに似ています。^{[99] [100]} 2011年1月、国際電気標準会議（IEC）は、（EUの）共通EPS規格のIEC 62684:2011としてバージョンを発表しました。^[101]

2022年には、無線機器指令2022/2380により、 USB-Cは2024年から携帯電話の充電規格として、2026年からノートパソコンの充電規格として義務付けられました。^[102]

さまざまな（USB以外の）規格が、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5V、1.5A（7.5W）のUSBバッテリー充電規格に戻ります。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、デバイスが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やします（詳細は規格によって異なります）。^[103]

そのような基準には以下のものが含まれる: ^{[103] [104]}

• アンカーパワーIQ
• Google急速充電
• Huaweiスーパーチャージ
• MediaTek ポンプエクスプレス
• モトローラ ターボパワー
• Oppo Super VOOCフラッシュチャージは、 OnePlusデバイスではダッシュチャージまたはワープチャージ、Realmeデバイスではダートチャージとも呼ばれています。
• クアルコムクイックチャージ(QC)
• Samsung 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可されている以上の電力を必要とします。これは、外付けハード ドライブや光ディスク ドライブ、および一般にモーターやランプを備えたデバイスでよく見られます。このようなデバイスは、標準で許可されている外部電源を使用することも、1 つの入力が電力とデータ転送用で、もう 1 つの入力が電力専用であるデュアル入力 USB ケーブルを使用することもできます。この場合、デバイスは非標準の USB デバイスになります。一部の USB ポートと外部ハブは、実際には、仕様で要求されている以上の電力を USB デバイスに供給できますが、標準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総平均電力を制限するだけでなく、デバイスが最初に接続されるときに突入電流（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ている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要求されています。しかし、多くのUSBホストインターフェイスは、サスペンドされているときにUSBデバイスへの電源供給を遮断しません。^[105]

非標準の USB デバイスの中には、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 5 V 電源を使用するものがあります。例としては、USB 電源のキーボード ライト、ファン、マグ クーラーとヒーター、バッテリー充電器、小型掃除機、さらには小型ラバ 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、一部のコンピューターで、電流が多すぎて回路が損傷するなどの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より前の USB 仕様では、デバイスが低電力モード (最大 100 mA) で接続し、ホストに電流要件を伝え、デバイスが高電力モードに切り替わることを許可していました。

一部のデバイスは、充電ポートに接続すると、バッテリー充電仕様で許容される以上の電力（10ワット）を消費します。iPadはそのようなデバイスの1つです。^[106] iPadはデータピンの電圧で電流を調整します。^[54] Barnes & Noble Nook Colorデバイスには、1.9Aで動作する特別な充電器も必要です。^[107]

PoweredUSB は、5 V、12 V、または 24 V で最大 6 A を供給する 4 つのピンを追加する独自の拡張機能です。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システムでよく使用されます。

• USBアダプタ
• USB通信