たとえば、USB 3.0 デバイスを USB 3.0 ケーブルで Windows 7 コンピューターの適切なドライバーを備えた USB 3.0 ポートに接続しているとします。帯域幅とパフォーマンスは USB 3.0 の期待どおりです。
今度は、このケーブルを品質に疑問のある「USB 3.0 ケーブル」に交換します。Windows から「このデバイスはより高速に実行できます」という恐ろしい警告が表示され (USB 3.0 ポートに接続する必要があると付け加えられます)、デバイスのパフォーマンスが USB 2.0 レベルに低下します。私の理解では、一部のポート/ドライバーは下位互換性を保つために USB 2.0 モードに切り替えることができます。つまり、ここで起こっているのはこれのようです。
ケーブルの特定の問題を診断するために、ポートが USB2.0 に戻る理由は何ですか?
帯域幅に制限はありませんか? 何らかの電気テストですか? 完全にドライバー次第ですか?
参考までに、USB 2.0 に戻すことができないリモート USB 3.0 ポートでテストしたところ、デバイスは機能しませんでした。
答え1
ご覧いただければUSB 3.0 ピン配置, USB 2.0 ラインは USB 3.0 ラインとは別個であることがわかります。そのため、USB 3.0 ラインが中断されたり、品質が悪くてデータ転送が成功しなかったりすると、USB 2.0 ラインのみが通信を行えるようになり、両側から見ると、別の USB 2.0 デバイスに接続されているだけであるように見えます。
USB 2.0 ラインがないリモート ポートでは、USB 3.0 ラインは動作しないため、機能しません。
診断: USB 3.0 のラインまたは接点の一部が破損しているか、曲がっているか、品質が非常に悪いため信号を適切に転送できません。
これは純粋にハードウェアの問題です。ドライバーとは関係ありません。また、OS とも関係ありません。
不良ケーブルは捨てて、品質に問題のない新しいケーブルを入手してください。不良回線を修復できる可能性は低いです (高周波信号の話をしていることを忘れないでください)。
答え2
USB 3.0 コネクタを見たり、相互接続パラメータを測定したりすると、大きな違いは見られません。どちらの場合も、差動インピーダンスは 90 オームに設計されていますが、不連続性があり、これは嵌合プラグをどのように曲げるかによっても異なります。ただし、違いは、USB 3.0 の周波数が USB2 の 10 倍高いため、信号品質があらゆる不完全性の影響を受けやすくなることです。
つまり、USB 3.0 ポートはケーブルの品質に問題があるために起動に失敗します。
USB ケーブルの最も問題のある部分の 1 つは、ケーブルのオーバーモールドにあります。USB ケーブルは、十分に制御された自動方法で組み立てられるようには設計されておらず、バルク ケーブルの分割されたリード線をコネクタの端子にハンダ付けするには手作業が必要です。リード線が曲がったり広がったり、ハンダの塊のサイズが異なったりするなど、伝送ラインに不均一性が生じます。これはコネクタの欠陥に加えて発生します。その結果、USB 3.0 信号のビット パターンがこれらの「隆起」と「凹み」に散乱し、干渉し、反射し、信号アイが醜く、ほとんどデコードできない状態になります。
USB コネクタとホスト チップ間のトレースも完璧ではなく、はんだ付けされたコネクタはほとんどの場合、チャネル内で「隆起」します。ケーブルが長くなるほど高周波が減衰する傾向があるため、信号のエッジの鮮明さが失われ、振幅が低下します。全体として、RF 通信と完全に類似した「損失のある通信チャネル」が形成されます。場合によっては、接続ポイントでのインピーダンスの不完全さによって反共振状態が形成され、信号振幅が大幅に失われることがあります。ただし、ケーブルを 1 インチ長くしたり 1 インチ短くしたりすれば、ほぼ問題なく動作するかもしれません。
「チャネル」プロパティを修正するために、USB 3.0 信号には送信側で「プリエンファシス」が、受信側で調整可能なイコライジング フィルターが備えられています。
チャネルを機能させるために、USB 3 は 65536 個の特別なトレーニング パケットを送信することで「リンク トレーニング」を採用しています。受信機は、最小エラー レベルに基づいて最適なフィルター パラメータを選択します。チャネルの反射が多すぎたり減衰しすぎたりすると、トレーニングが失敗し、USB3 ポートが無効になります。
もう 1 つのシナリオは、リンク トレーニングが成功し、リンクがアクティブな「U0」モードに切り替わった場合、USB プロトコルにエラーが多すぎてトランザクションを完了できない可能性があることです。この場合、ホストはリンクを「リセット」して再トレーニングしようとしますが、結果は同じになる可能性があります。数回試行した後、ホスト ドライバーは USB3 部分を無効にします。
USB3 リンクが失敗すると、USB デバイスは USB 2.0 接続プロトコルを実行する場合と実行しない場合があります。
要約すると、特別なテスト フィクスチャとかなり高い帯域幅のスコープ (8 ～ 12 GHz) および TDR 機器、特別なソフトウェア パッケージを使用して信号品質を測定しなければ、ケーブル固有の問題を「診断」することはほぼ不可能です。最善の方法は、USB-IF 認定のリンクの 3 つのコンポーネント (ホスト、ケーブル、デバイス) すべてを使用することです。
答え3
とは異なり、速度識別USB2.0 デバイスでは、低速と全速の区別はそれぞれ D- または D+ ラインを 3.3V に引き上げることによって行われますが、USB 3.0 では、USB データ ラインの伝送品質を継続的に監視するリンク トレーニングおよびステータス ステート マシン (LTSSM) が導入されています。したがって、USB3.0の単純な電気的導通だけではUSB3.0接続を確立するには不十分である。: 伝送媒体 (コネクタとケーブル) は、信号減衰、反射抑制、遅延などの特定の特性を考慮する必要があります。
LTSSM が USB 3.0 リンクを回復できないと判断すると、USB2.0 に永続的にフォールバックし、SuperSpeed を再試行する唯一の方法は、デバイスを切断して再接続することです。
技術的にはLTSSMはUSBハードウェアによって実装されているため、その動作は運転手次第USB3.0仕様で定義されています。
実用的な注意点としては、ケーブルが丸まっていたり曲がっていたりする場合は、巻き戻したり曲げたりしてみてください。これにより、ケーブルの電気特性が向上し、コネクタがソケット内で正しい位置に収まるようになります。