「USB4 Gen 3 Type-Cの信頼性とシグナルインテグリティの新要件を満たす方法」 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

　今回は、高速伝送が可能なUSB4 Gen 3に使用されるType-Cコネクタの仕様ならびにAmphenol ICC社のレセプタクルについて解説した記事をご紹介します。

■USB4 Gen 3 Type-Cの信頼性とシグナルインテグリティの新要件を満たす方法

　昨年の後半あたりから、USB4に対応したパソコンや周辺機器が発売されるようになってきました。USB4は、2019年9月に仕様が公開された最新のUSB規格です。USB4は従来よりも高速な伝送の実現を目的としていますが、USB 3.xまでの規格で発生した互換性の混乱を解消することも大きな目標となっています。

　USB 3.xまでは、USBのプロトコル仕様、コネクタ仕様、電力を送るPD仕様がそれぞれ別々だったため、組み合わせによって互換性がないということが往々にして発生していました。USB4では、USB Type-Cコネクタの採用とUSB PDのサポートが必須となり、USB4に対応していれば互換性の問題は解消されます。

　USB4にはシングルレーンとデュアルレーンがあり、シングルレーンの最大転送速度が10Gbpsの場合をUSB4 Gen2、20Gbpsの場合をUSB4 Gen3と呼んでいます。したがって、USB4の最大転送速度はUSB4 Gen3×2(デュアルレーン)の40Gbpsになります。また、USB PDにより供給できる電力は、最大100Wです。

　USB4は、Macなどに採用されているThunderbolt 3のプロトコルをベースに開発されています。そのためUSB4とThunderbolt 3の仕様は厳密には同じではありませんが、互換性があります。したがって、USB4でもDisplayPortやPCI Expressの信号を素通しするトンネリングが可能で、データ信号と映像信号を同時に送ることができます。

　【アプリケーションラボ】では、USB4で採用されているType-Cコネクタの信号について解説した後、USB4 Gen3に対応したAmphenol ICC社製のレセプタクルを紹介しています。

　このレセプタクルは、高い耐久性を持ち摩耗の低減により10,000回の嵌合サイクルでも優れた性能を発揮します。高品質の銅合金を採用し、40mΩの接触抵抗を実現しています。また、サイドウォールプレートによりType-C以外のプラグが挿入されるのを防ぐことができます。

　ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。

USB4 Gen3 Type-Cレセプタクル 【GSB4D313302Y1HR】 ￥482.2(税込￥530.42)
USB4 Gen3 Type-Cレセプタクル 【12402056E512A】￥434.25(税込￥477.67)
USB4 Gen3 Type-Cレセプタクル 【12402075E512A】 ￥434.25(税込￥477.67)

　下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

■信頼性、性能、短いリードタイムという要件を満たすプログラム可能MEMS発振器

　電子回路において発振器は心臓に相当しますが、従来は水晶発振器が主として使用されていました。現在では、MEMS発振器が様々な利点により水晶発振器に代わって使用されるようになっています。ここでは、その特長と使用方法について解説します。

■産業用オートメーションにおける実用的な5Gアプリケーション

　次世代の通信インフラとして5Gが注目されていますが、従来の通信方式と何が違うのか、また5Gを採用するメリットがあるのかを十分理解する必要があります。ここでは、5Gの実際のパフォーマンスについて考察します。

　今回は、Seeed社が産業アプリケーション用に開発した組み込みLinuxターミナル「reTerminal」をご紹介します。「reTerminal」は、Raspberry Pi Compute Module 4と5インチ(1280×720ピクセル)のIPS静電容量式マルチタッチスクリーンを搭載し、そのまま産業用途のタッチパネルや制御盤として使用することができます。モジュールとして設計されているので、40ピンのGPIOコネクタを介してさまざまな周辺機器を接続してシステムを拡張することもできます。なお、「reTerminal」は、Microsoft IoT Plug and Playの認定デバイスとなっているので、プログラミングなどが不要で簡単にMicrosoft Azure IoTに接続することができます。

　Raspberry Pi Compute Module 4は、ラズパイ4を組み込み用途に扱いやすくしたSOM(System on Module)です。基本仕様はラズパイ4そのままですが、コネクタ類を省略し、外形寸法が50mm×44mmと小型化されています。動作温度範囲が0～＋80℃、2028年1月までの量産を保証するといったラズパイ4とは異なる特長もあります。

　そのため「reTerminal」は、ラズパイ4と同じくSoCにBroadcom BCM2711を搭載し、Raspberry Pi OSが動作します。CPUは1.5GHzで動作するクアッドコアのArm Cortex-A72であり、RAMを4GB、eMMCストレージを32GB搭載しています。無線機能には、デュアルバンド2.4GHz/5GHzのWi-FiとBluetooth 5.0 BLEを使用できます(技適取得済み)。また、加速度センサー、光センサー、RTC(リアルタイムクロック)なども組み込まれています。

　インターフェースは、電源入力用にUSB Type-Cポート、ギガビットイーサネットポート、60fpsで4KをサポートするmicroHDMI、2つのUSB2.0 Type-Aポートを備えています。さらに、セキュリティ機能として暗号化コプロセッサを搭載し、最大16個のキー、証明書、データ用に保護されたストレージを備えています。

reTerminal 【110070048】　￥26,999(税込￥29,698)