USBで採用されている差動信号方式（Differential Signaling）とは？
USBのデータ通信には 「差動信号方式」 が採用されています。 これは、2本の信号線（D+ と D-）に逆位相の信号を送ることでデータを伝送する方式 です
差動信号方式の仕組み
以下のように、片方が「High」ならもう片方は「Low」となるように信号が送られます。
| D+ | D- | 論理値 |
|---|---|---|
| High | Low | 1 |
| Low | High | 0 |
この方式により、ノイズ耐性が向上し、長距離伝送でも信号の劣化が少なくなる というメリットがあります。
差動信号方式のメリット
・外部ノイズが発生しても、D+ と D・に同じ影響が出るため、差分を取ることで影響を打ち消せる（コモンモードノイズの抑制）。
・2本の信号線が互いに干渉しながら信号を維持するため、長距離伝送でも信号品質が保たれる。
・低電圧でも確実にデータを伝えられるため、USB 3.0以降では5Gbps以上の高速通信 に対応。
USBの信号方式の進化
| 規格 | 信号方式 | 最大転送速度 |
|---|---|---|
| USB 1.1 | 差動信号（D+ / D-） | 12 Mbps |
| USB 2.0 | 差動信号（D+ / D-） | 480 Mbps |
| USB 3.0 | 差動信号 + 追加レーン | 5 Gbps |
| USB 3.1 | 差動信号 + 追加レーン | 10 Gbps |
| USB 3.2 | マルチレーン差動信号 | 20 Gbps |
| USB4 | Thunderbolt 3互換の高度な差動信号 | 40 Gbps |
まとめ
・ノイズに強く、高速通信が可能
・USB 3.0以降は追加レーンを使うことでさらに高速化
・USB4ではThunderbolt 3と同様の技術を採用し、40Gbpsの高速通信を実現
この技術のおかげで、USBは進化し続けながらも 安定した通信と互換性 を保っています。
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