USB4® 認証プロセスとUSB4® v2アップデート

USB4®はUniversal Serial Bus 4（ユニバーサル・シリアル・バス4）の略であり、最大80Gbps（Gen4 x2）データとより高いディスプレイ解像度（60HzのHDR付き16K解像度、または120Hzの2つの8Kディスプレイ）に対応しており、USB 3.2®、DisplayPort、PCIeなどの他のコネクターとの互換性もあります。2019年にリリースされたUSB4®はノートパソコン、デスクトップ、その他のホスト機器向けに外部機器にケーブル1本のドッキング・ステーション・ソリューションを提供してきました。そのためUSB4® は主要なチップセット製造者に受け入れられています。

USB4® v2はその後、USB® Implementers Forum（USB-IF）により2022年10月に発表されました。USB4® v2は外付けドライブや4K、6KディスプレイとのUSB®有線接続の性能を2倍に向上させます。既存の40Gbps Type-Cパッシブケーブルと新たに定義された80Gbps Type-Cアクティブケーブル上のPAM-3信号エンコーディングに基づくPHYアーキテクチャにより、USB4® v2は非対称に構成された場合、一方向で最大120Gbps、もう一方向で最大40Gbpsを実現できます。

どこでUSB4® v2は使えますか？

USB4® v2はHD動画を動画編集などのデータ量が多い作業を低遅延で外付けドライブへの保存とアクセスが可能です。また、モバイルとネットワーク・ストレージ・アプリケーションにも対応し、ノートパソコンでビデオ、オーディオ、データ、電源を1本のケーブルにまとめ、モバイル作業を容易にします。これによって、オフィス、会議室やホームオフィス間の移動が楽になります。

USB4® v2の概要

USB® Gen 4の動作モードはルーター・アセンブリーの電気レイヤー仕様にサポートされています。電気レイヤー仕様はパッシブまたはアクティブケーブルを使用するUSB4®相互接続で信頼性の高い通信と相互運用性を実現するための要件とテスト方法を示しています。

例えば、3レベルのパルス振幅変調（PAM3）をレーンあたり25.6GBのボーレートを使用すると、物理メディア上でデータが伝送されます。各PAM3シンボルは11ビットから7トリットのマッピングにより1.57ビットをエンコードします。さらに、第4世代リンクは前方誤り訂正（FEC）なしで1E-8以下のエラー率で動作します。最後に、スペクトラム拡散クロッキング（SSC）はUSB4®ポート内のすべてのトランスミッターに単一のクロックソースを使用することで、高速伝送信号に適用することができます。

USB4® v2 80Gbpsトランスミッター・テスト

以下の表はUSB4® v2 Gen4 電気CTS、リビジョン0.9のテスト機器を表ます。

テストID				テスト機器
3.3.1				Transmitter Equalization, Preset 0 ~ Preset 41
3.3.2				Timing Parameters subset
				UI
				SSC
				UJ / UDJ / UDJ_LF / EVEN_ODD
3.3.2				Voltage Parameters subset
				V_SWING
				TX_LEVELS_MISMATCH
				TX_SNDR
				TX_ISI_MARGIN
3.3.3				TX Frequency Variation Training
3.3.4				Electrical Idle
3.3.5				AC_CM
3.3.6				Return Loss [RL] (Informative)
3.3.7				Integrated Return Loss [IRL]
3.3.8				LFPS

Gen4 リターン・ロス

USB® Gen4 はUSB4® v2 Gen4 用ESDの部品選択する時により低いリターンロスが要求されることに注意が必要です。さらに、IRL テストは短いトレースのILを考慮した規範的なものとなります。前回のRLの結果は参考にだけ使われます。テストの時にはインピーダンスの不連続性、反射、コンポーネントのサイズを考慮することが重要です。

Gen3

Gen4

SigテストとのTxテスト

Sigテストとのトランスミッターテストでは0から41までのキャプチャー・プリセットで行われないといけません。テストレーンの数は対称性への適応能力によって決まります。

対称のみ：合計2レーンまたはポート
非対称：合計4レーンまたはポート、試験時間は2倍

USB4® v2 80Gbps レシーバー・テスト

テストID	テスト機器
4.2 Gen4 Rx TERテスト
4.2.1	TERテスト用Gen4 Rxイコライゼーション・トレーニング
4.2.2	Gen4 TERテストケース 1
4.2.3	Gen4 TERテストケース 2
4.3 Gen4 Rx周波数変動トレーニングテスト
4.3.4	Rx周波数変動テストケース1
4.3.5	Rx周波数変動テストケース2
4.4 Gen4 Rxリターン・ロス
4.4.1	Gen4 Rxリターン・ロス (Informative)
4.4.2	Gen4 Rx 統合リターンロス
4.5 Gen4 Rx LFPS

USB4® Gen4 Rxキャリブレーション

Rx CalibrationではまずUSB® Type-Cパッシブ・ケーブル・アセンブリーをチェックし、挿入損失適合度（ILfit）を10GHzで-7.5、12.8GHzで-9.5dBに設定する必要があります。また、レシーバー・テストに使用される物理レーン・ペアの許容範囲はそれぞれ[-0 : + 1]および[-0 : + 1.5]dBでないといけません。

レセプタクル・フィクスチャを取り外したテスト・チャンネルは挿入損失目標を（-19dB - BERT_IL）＠12.8GHz±0.5dBとすることを推奨します。

シグナル・インテグリティへの配慮

以下の点はシグナル・インテグリティを測る際に考慮しないといけません。

SNDR（信号対雑音歪率）
- クロストーク
- PCBトレーススペース/レイアウト
DDJ、ISI
- PCB減衰、インピーダンス
- SMT コンポーネントの選択とサイズ、配置
- Via

IRL

PCBトレースインピーダンスの変化
SMTコンポーネントの選択とサイズ、配置

USB4®の認証条件

すべてのホスト、ハブ、ドックと周辺機器はシリコンまたは最終製品であるか関係なくUSB4®コンプライアンス・テストに合格する必要があります。

***USB® PDコンポーネントはUSB4®シリコンの一部であるかどうか関係なく、USB® PDコンプライアンスに合格する必要があります。USB4®シリコンの一部でないコンポーネントについてはリファレンス・プラットフォームの再実行を推奨します。

USB4® 複数サイクル試験

USB4®複数サイクル試験はUUTの種類に応じて上図のように設定することができます。A.1.1およびA.1.3～A.1.6の試験は以下の情報を検証するために合計10サイクル実行されなければならない：

ホストUUT：すべてのUSB4® ハブが列挙されていることを確認します（各DFPで繰り返します）
デバイスUUT： UUTが列挙することを確認します
ハブ/ドックUUT：被試験機器とUSB4® デバイスが列挙されることを確認します

USB4® インターロップCTSテスト

A.1.1 非アクティブな取り外しと再接続
A.1.3 スリープ/ウェイク
A.1.4休止/再開
A.1.5 再起動
A.1.6 シャットダウン/パワーオン