プロセッサ最新テクノロジ2017 シリーズ16

Type-Cポートに必要な機能をワンストップで提供

NXPのUSB Type-Cソリューション　

　NXP Semiconductors（以下NXP）は，成長分野を見据えた製品の開発を進めています．その1つが，USB Type-C向けのソリューションです．USB Type-Cは，1種類のコネクタで従来の全てのUSBコネクタを代替するとともに，電力供給やビデオ伝送，高速データ伝送を1個のコネクタに統合して，今後の拡張も考慮されています．
　NXPでは，このUSB Type-Cに必要なデバイスすべてをワンストップで提供する包括的ソリューションを他社に先駆けて展開しています．今回は，NXPのUSB Type-Cソリューションについて，同社　松野俊介氏と永井克俊氏に解説していただきました．執筆：宮﨑仁

左から　第二事業本部　営業統括部　松野俊介氏　
第二事業本部　マーケティング・アプリケーション技術統括部　永井克俊氏

1．急速に進化するUSBの決定版「Type-C」
　USBは，元々PCと周辺機器の低速なインターフェースとして策定された規格です．2000年に480MbpsのUSB2.0が登場した後，しばらく大きなバージョンアップもなく，安定したインターフェースとして普及しました．しかし，2008年に5Gbpsの高速伝送をサポートしたUSB3.0規格が登場してから，2012年には最大100Wの電力供給を可能にしたUSB PD（Power Delivery），2013年には10Gbpsに高速化したUSB3.1，2014年には新時代のコネクタType-Cと次々に新規格が発表され，USBは大きく拡張されました．
　Type-Cが作られた1つの理由は，USBのコネクタが多種多様になり，複雑になりすぎたことです．
　USBはホスト（PC）対デバイス（周辺機器）の非対称な伝送方式を特徴としており，ホスト側（Type-A）とデバイス側（Type-B）でコネクタの形状を変えることによってユーザの誤接続を防いでいました．その後，デバイス側ではより小型のMini-BやMicro-Bが普及し，USB3.0/3.1では端子数などが異なるType-A，Type-B，Micro-Bのコネクタが必要になりました．さらに，デバイス同士の接続を可能にしたOTG（On-the-Go）ではMicro-A，Micro-ABなどが使われています．伝送速度や電流供給能力が異なるさまざまなコネクタやケーブルが混在し，ユーザにとってとても分かりにくくなりました．
　Type-Cは，これらを1種類のコネクタで統一し，ケーブルの種類を気にする必要がなく，低速から高速まで，USB規格のすべての伝送をサポートできます．さらに，コネクタの裏表を対称にして自動で裏表判別/端子切替を可能にし，挿入時のコネクタの向きも裏表どちらでもよくなりました．また，ポート間のネゴシエーション機能をもつUSB PDと併用すれば，最大100Wの電力供給能力を持たせることができます．さらに，Type-Cのもつ裏表判別/切替機能とUSB PDのネゴシエーション機能を利用して，USBケーブルでDP（DisplayPort），HDMIなどのビデオ信号を同時に通信できるAlternateモードなどの新しい機能も追加されています．

2．TCPCにいち早く対応したPTN5110
　USB Type-Cの先進性に注目したNXPでは，Type-Cポート実現のための包括的ソリューションを2015 年に発表して以降，各デバイスの製品化を進めてきました（表1）．

表1　NXPのUSB Type-C製品例

　Type-Cのデバイスを製品化しているメーカは他にもありますが，表1の内容にあるようにオプションの認証チップを含めUSB Type-Cに必要なすべてのデバイスを網羅しているのはNXPだけです．NXPは，元々ディジタル，アナログ，伝送，ビデオ，認証，パワー，MCUなど幅広い分野の製品を手がけており，豊富な技術を蓄積しています．
　Type-Cポートが搭載される機器やサポートする機能にはさまざまなものがあり，それによって利用されるデバイスが変わります．USB3.0/3.1の規格内でのデータ伝送と電源供給を行うポートは，コネクタの裏表判別を行うCC（Configuration Channel）ロジックと端子切替を行う高速USBスイッチがあれば簡単に実現できます．既存システムをType-Cに対応させることも容易にできます（図1）．

図1　既存システムをType-Cに対応させる場合のブロック図

　Type-CとPDを用いてAlternateモードや大電力の供給を行うポートは，PDコントローラとPD PHYを通してポート間のネゴシエーションやパワー管理を行う必要があります．これらのPDの機能をどのように実現するかは，これまでメーカごとに大きな違いがありました．しかし，USB TCPC（Type-C Port Controller）規格が作られたことにより，今後は統一が進むと見られています．NXPでは，このTCPC規格に準拠した業界初の製品（TCPC対応PD PHY）として，PTN5110を発売しました．PTN5110は，Type-Cの最新規格であるType-C 1.2，PDの最新規格であるPD3.0にも準拠しています．
　PTN5110とNXPが提供するDP対応高速スイッチ，PD対応ロード・スイッチ，認証チップを用いれば，PDとAlternateモードに対応したモバイルPCやタブレットPCのType-Cポートを容易に構成できます（図2）．

図2　既存システムをType-CならびにPDに対応させる場合のブロック図

　Type-C＋PDでは，最大20Vの供給電圧と最大100Wの供給電力がサポートされています．これに加えて，これまでPCから周辺機器にしか電源供給できませんでしたが，ACアダプタからPCへの電源供給と急速充電が可能になります．しかも，同じType-Cポートを使って，通常の高速USBデータ伝送や，HDMI，DPなどのビデオ信号の入出力，周辺機器への電源供給を行うこともできます．モバイルPCやタブレットPCのポート数を減らすことができ，大型のType-Aコネクタを使用する必要もなくなり，多くの利点が得られます．Type-C＋PDポートは，PC以外のさまざまな高性能，高機能の機器にも普及が進むと期待されます．

3．Type-Cを簡単に評価できる開発環境
　NXPでは，高い機能と拡張性をもったUSB Type-Cを簡単に評価できる評価ボード（写真1）を提供しています．これは，Type-Cで接続されるホスト側とデバイス（ドック）側の2枚のボードからなり，どちらのボードもPTN5110と高速スイッチ，ロード・スイッチ，PD制御用MCUなどを搭載しています．ホスト側にはPCなど，デバイス側には従来のUSB機器などを接続して，PCと機器間でパワー，ビデオ，高速データを自由にやり取りするシステムを簡単に構築できます．