USBデバイスが正常に動作しないのはなぜ？

Allion Labs

「挿すだけですぐ使える」超簡単！USBが主流の転送インターフェースに

USBは登場以来、「挿すだけですぐ使える」という特性から普及が急速に進み、現在では最も普及している転送インターフェースとなっています。今や、誰もが生活の中でコンピューターを使う以上、USBの使用は避けられません。

しかし、USB製品の設計で注意しなければ、使用時にさまざまな問題が発生する可能性があります。ユニバーサルインターフェースでありながら、使用時に使えない状況が発生すると、ユーザーはイライラしてしまいます。これは、主要なUSBデバイスの開発者やブランドメーカーにとって、注意しなければならない問題となっています。

USBデバイスが正常に動作しないのはなぜ？

USBが正常に機能するためには、接続においてホスト、ケーブル、デバイスの3つのカテゴリの製品が不可欠です。これら3種類の製品を設計する際に、信号伝送の品質、電源（給電/電圧降下/消費電力）の安定性、ホストとデバイス間の接続性をそれぞれ個別に考慮する必要があります。いずれか一つで問題が発生すれば、製品は宣伝しているようなパフォーマンスを発揮できず、デバイスは低速でしか動作しなくなり、深刻な場合は接続されているUSB製品が破損し、正常に機能しなくなり修理が必要になります。これでは、メーカーのコスト負担が増えるだけでなく、ブランドイメージが大きく損なわれる可能性があります。

以下はアリオンが取り扱った実際の事例で、お客様の製品の問題を発見し解決策の提案を行いました。

利用シナリオ

1.　ホストは一般的なWindows PCまたはApple/Androidタブレット

2.　デバイスは音楽音声用ミキサーで、安定した動作には15W（5V/3A）が必要

3.　ホストとデバイスはUSB-Cケーブルを介してUSB 2.0データおよび15W電源を伝送

問題点

ホストとデバイスをUSB-Cケーブルで接続した後、数秒から十数秒で正常に電力が供給されるが、しばらくするとデバイスが消えて再認識される
その後、接続消失と再認識を繰り返す動作を繰り返す

解決策

分析の結果、D+/D-がUSB信号の伝送を開始すると、CCにクロストークノイズ（Crosstalk noise）が発生し、PDチップはこのノイズを誤ってPDパケットと判定して正常に識別しないため、ハードリセットが発生して接続全体がリセットされることがわかりました。この問題に対して、アリオンの専門家チームは、お客様に2つのアプローチで改善を進めることを提案しました。

【提案1】

USB-CケーブルのD+/D-とCCをツイスト（twist）しないようにし、D+/D-とCCが近すぎてクロストークノイズがPDチップに影響を与えないようにします。検証については、以下の2つのCable SIテスト項目を実施して改善があるかどうかを確認することができます。

【提案2】

USB信号伝送時にCCから発生するクロストークノイズを抑えるため、デバイス側CCにD+/D-を追加します。検証については、次の2つのPDテスト項目を実施して問題を発見し、事前に問題を解決することができます。

TEST.PD.PHY.ALL.4 バスアイドル検出
TEST.PD.PHY.ALL.5 レシーバーの干渉排除

Faster、Easier、Better　―　最も信頼できるUSB周辺製品検証コンサルタント

アリオンはUSB-IF認定の認証試験機関として、長年の業界経験を活かして、このタイプの製品に対応するカスタマイズテストプランを策定し、最適なコンサルティングサービスを提供しています。さらに、アリオンは製品の性能を検証し、お客様が遭遇する製品問題を排除し、商品棚からの撤去や返品のリスクを軽減できるように、より多くのユーザーシナリオシミュレーションも提供しています。

最適なテストプランコンサルティングサービス
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アリオンは専門的なテスト技術や豊富な設備、経験を活かして、迅速で正確な検証プランを提供し、検証テスト時間を効果的に短縮し、お客様がUSB認証を迅速に取得できるようサポートします。またUSB関連デバイスを幅広く保有しており、製品の互換性を保証し、お客様の製品に最適な品質管理を提供します。

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アリオンには専門的な技術チームと豊富な経験があるだけでなく、規格要件に準拠しながらユーザーの期待にも応え、実際に製品が利用される中で最良なパフォーマンスを発揮できるよう、定量的なテスト方法をいかに設計し、ユーザーシナリオのシミュレーションテストを実行すべきかを熟知しています。アリオンの専門家チームは製品の改善アドバイスも提供し、サプライヤーによる品質管理の構築をサポートし、国際規格を製品開発プロセスに適用することができます。これにより、製品品質が更に向上し、高い基準を満たし、国際基準に準拠することを保証します。