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インターフェース・デザイン・シリーズ

USB転送の基本から5〜20Gbps伝送のしくみまで

USB 3.2のすべて

A5判 424ページ
定価4,400円(税込)
JANコード:JAN9784789846455
2020年3月15日発行
畑山 仁/野崎 原生/池田 浩昭/志田 晟 / 共著
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 本書は,コンシューマ向けインターフェースとして一番普及しているUSBの解説書です.初めに基礎知識として,USBアーキテクチャ,転送方式,ホスト,デバイス,ハブ間のやりとり,コネクタ&ケーブルについて説明します.次に,物理層やリンク層,プロトコル層での処理や技術を解説します.最後に,相互運用性を確保するための評価方法と高速差動信号の基板パターン設計の勘所を示します.
 本書はUSB 3.2規格に基き,5Gbps伝送はUSB 3.2 Gen1×1,10Gbps伝送はUSB 3.2 Gen1×2とUSB 3.2 Gen2×1,20Gbps伝送はUSB 3.2 Gen2×2として説明しています.2019年に策定されたUSB4はThunderbolt3をベースにした規格のため,本書には含んでいませんが,USB 3.2の基本的なアーキテクチャや技術はUSB4にも引き継がれており,USB4の設計を行うエンジニアにもお薦めの書籍です.
 なお,USB Type-CやUSB Power Deliveryに関する内容は,姉妹書籍「USB Type-Cのすべて」をご覧ください.
■本書を読む前に
(1)本書は,2019年12月時点の規格書を元に解説しています.規格の改定などにより内容が変更される可能性があることをご了承ください.
(2)本書で解説している規格書は,USB-IFのWebサイト(https://www.usb.org/)よりダウンロードができます.規格書と合わせて読み進めることで,より理解が深まります.
(3)本書ではUSB 3.2規格の解説書です.USB 3.0仕様はUSB 3.1仕様へ統合され,USB 3.1仕様はUSB 3.2仕様へ統合されています.5Gbpsの通信はUSB 3.2 Gen1×1,10Gbpsの通信はUSB 3.2 Gen1×2とUSB 3.2 Gen2×1,20Gbpsの通信はUSB 3.2 Gen2×2として解説しています.
(4)本書の第2章,第5章〜第8章は,書籍「USB 3.0設計のすべて」の第1章〜第3章および第8章の内容をUSB 3.2規格に合わせてアップデートし,加筆修正したものになります.
(5)本書には,USB Type-C規格およびUSB Power Delivery規格に関する情報は含まれておりません.USB Type-C規格とUSB Power Delivery規格については,書籍「USB Type-Cのすべて」をご覧ください.
(6)本書と連動したセミナを企画しています.セミナに関する情報は,CQエレクトロニクス・セミナのWebサイト(https://seminar.cqpub.co.jp/)をご覧ください.
(7)本書のサポート情報は,USB技術情報ブログ USB Gateway(https://interface.cqpub.co.jp/category/usb-gateway/)をご覧ください.
(8)本書籍に掲載された技術情報を利用して生じたトラブルについては,執筆者ならびにCQ出版株式会社は責任を負いかねますので,ご了承ください.
 目次

 まえがき

 第1部 基礎知識

 第1章 USB 3.2の位置付け
 1.1 USB 規格の進化
 1.2 USB 3.x規格の進化
 1.3 USB4 とUSB 3.2 の関係

 第2章 USBアーキテクチャ
 2.1 基本理念
 2.2 通信アーキテクチャ
 2.3 デバイス
 2.4 ホスト
 2.5 ハブ

 第3章 デバイスの動作
 3.1 4 つの転送方式
 3.2 ホストがデバイスを検知したときの処理
 3.3 ハブによるパケット転送
 3.4 パワー・マネジメント(電源管理)

 第4章 コネクタとケーブル
 4.1 コネクタ規格の全体像
 4.2 レガシ系コネクタ
 4.3 レガシ系ケーブル
 4.4 USB Type-C コネクタ
 4.5 USB Type-C ケーブル

 第2部 各層の役割

 第5章 物理層
 5.1 物理層の役割
 5.2 チャネル・モデル
 5.3 トランシーバとレシーバ
 5.4 符号化技術
 5.5 EMI 対策
 5.6 イコライザ
 5.7 リタイマ
 5.8 レシーバ検出の方法
 5.9 低周波周期信号(LFPS)
 5.10 2 レーン化のしくみ

 Appendix 1 高速伝送技術・・・ディエンファシスとイコライザ
 A1.1 周波数軸で見るイコライザの効果
 A1.2 インパルス応答で見るイコライザの効果
 A1.3 USB 3.2 Gen2のCTLE,DFE の動作

 第6章 リンク層
 6.1 リンク層の役割
 6.2 パケットの構成
 6.3 リンク・コマンド
 6.4 パケット送受信の流れ
 6.5 パケット・エラーと再送処理
 6.6 リンクが正常動作するまでの処理
 6.7 リンク層の電力

 第7章 プロトコル層
 7.1 プロトコル層の役割
 7.2 パケットの構造
 7.3 トランザクションの制御
 7.4 転送効率を上げるプロトコル

 第3部 設計・評価

 第8章 USB規格認証試験
 8.1 コンプライアンス・テストの重要性
 8.2 テスト前に理解すべき基礎知識
 8.3 測定器とテスト治具
 8.4 コンプライアンス・テストの項目
 8.5 トランスミッタ・テスト
 8.6 レシーバ・テスト

 Appendix 2 ジッタとビット誤り率の関係
 A2.1 基礎知識
 A2.2 ジッタ量を推測する
 A2.3 ジッタの性質で分類する
 A2.4 BER 測定と信頼度

 第9章 10Gbps基板設計の勘所
 9.1 USB 基板の構成
 9.2 パターン設計のポイント
 9.3 電磁界シミュレータで時間波形を見る方法
 9.4 [解析1]コンデンサの配置と大きさ
 9.5 [解析2]SS 差動信号のペアの線路の長さ
 9.6 [解析3]ビアがSS差動信号へ与える影響
 9.7 [解析4]Type-C レセプタクルの構造
 9.8 Power Delivery に対応するための基板

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