USB 2.0とUSB 3.0の違い：ワイヤーハーネスエンジニアによる配線、ピン配置、機能の解説

私たちがUSB 3.0とUSB 2.0の違いについて語るとき、ほとんどの人はまず転送速度の向上 — 480 Mbpsから5 Gbpsへの飛躍 — を思い浮かべます。しかし、ワイヤーハーネスエンジニアとして、私は単なる速度の数字の変化ではなく、コネクタ内部の物理構造における根本的な革命を見ています。なぜUSB 3.0ケーブルは通常より太く、硬いのでしょうか？それは、内部配線が4芯から9芯に拡張され、専用のシールド付き差動ペア（SDP）が追加されたためです。この記事では、kaweeiの専門的な視点から、物理的な外観、ピン配置（Pinout）の定義、および機能におけるUSB 3.0と2.0の核心的な違いを深く分解し、青いコネクタの背後にある工学を理解する手助けをします。

1. USB 2.0とUSB 3.0の主な違い

2. 配線の違い（物理構造）

これは最も直感的なハードウェアの違いです。最も一般的な USB Type-A（長方形インターフェース）を例にとります：

1. USB 2.0 配線（4線）

USB 2.0には、4つの金属接点が1列あるだけです。

• VCC (+5V): 電源プラス。

• D- (Data -): データ伝送マイナス。

• D+ (Data +): データ伝送プラス。

• GND: 接地（グラウンド）。

特徴： データラインは1対（D-/D+）のみで、データの送受信はこの単一のチャンネルを共有します。

2. USB 3.0 配線（9線）

2.0との互換性を維持するために、USB 3.0は元の4つの接点を保持し、その後ろ（またはより深い場所）に5つの新しいスプリング接点を追加します。

• 前列（2.0互換）： VCC, D-, D+, GND

• 後列（3.0専用）：

  • StdA_SSRX-: 超高速受信データ マイナス

  • StdA_SSRX+: 超高速受信データ プラス

  • GND_DRAIN: 信号グラウンド（干渉シールド）

  • StdA_SSTX-: 超高速送信データ マイナス

  • StdA_SSTX+: 超高速送信データ プラス

特徴： 独立した2対の高速データチャンネル（Tx送信ペア、Rx受信ペア）を追加します。

3. 配線の違いによる機能は何ですか？（核心原理分析）

あなたは尋ねるかもしれません：「なぜその5本の余分な線を追加したのですか？1車線の道路を高速道路に拡張するようなものです。」

1. 「全二重」通信（Full-Duplex）の実現 — 効率倍増

• USB 2.0（半二重）： データラインは1対（D+/D-）のみです。トランシーバーのように、一人が話しているとき、もう一人は聞かなければならず、同時に話すことはできません。データは「読み取り」か「書き込み」のどちらかです。

• USB 3.0（全二重）： 新しい配線には、送信（Tx） 専用のラインと、受信（Rx） 専用のラインがあります。電話のように、双方が同時に話すことができます。

  • 機能： PCからUSBメモリへファイルをコピーすると同時に、別のファイルを読み取ることができ、干渉することなく効率を大幅に向上させます。

2. 物理レベルの「スピードブースト」 — 差動信号

• USB 3.0に追加されたTxおよびRxラインは、高周波信号専用に設計された「SuperSpeed」チャンネルです。

• 機能： これらは、元のD+/D-では耐えられない5Gbpsの高周波信号を運びます。これらの余分な線がなければ、速度は480Mbpsにロックされます。

3. 完璧な「下位互換性」

• USB 2.0の4本の線を保持するのは飾りのためではなく、互換性のためです。

• 機能： USB 2.0マウスをUSB 3.0の青いポートに差し込むと、内部の3.0ピン5本は「浮いている」か機能せず、前方の4本ピンのみが接触します。PCは「ああ、これは古いデバイスだ、2.0モードで話そう」と認識します。

4. 強化された電力供給とシールド

• 追加された GND_DRAIN 接地線は単なるアースではありません。

• 機能： 高周波伝送下では、電磁干渉（EMI）が深刻です。この線はケーブル内部のシールド層と組み合わされ、データエラーを効果的に減らし、Wi-FiやBluetooth信号への干渉を防ぎます。また、より多くの金属接点は、外部電源なしで大容量ポータブルハードドライブを駆動できるより大きな電流（900mA）を可能にします。