USB 2.0対3.0: アプリケーションに最適な規格を選ぶ

USB（ユニバーサルシリアルバス）は、1990年代半ばに登場して以来、日常的なコンピューター用のコネクターとして定着しています。USBは、低速のUSB 1.0から、マルチメディアデバイスに電力を供給するUSB 2.0、高容量ストレージをサポートするUSB 3.0へと進化し、消費者の接続ニーズに対応してきました。

USBは、データ転送、電力供給、制御インターフェース、他のデバイスとの統合、ファームウェア更新など、組み込みカメラに様々な目的で使用されます。しかし、アプリケーションのパワーとパフォーマンスの目標に合ったUSB規格を選ぶ際には、すべての要素を考慮することが重要です。

USB 2.0とUSB 3.0の違いを理解し、どちらがアプリケーションに最適かを確認していきましょう。

USB 2.0の理解

USB 2.0は、2002年に初めて導入され、USB 1.1と比較して大幅な進歩を遂げました。最大帯域幅は480メガビット/秒（Mbps）で、これは前世代の約40倍の速度です。USB 2.0とUSB 1.1は完全な下位互換性があり、幅広い相互運用性を実現しています。

I電力効率の面では、USB 2.0は、デバイスがサスペンド状態に入ることを可能にする強化された電力管理機能を実装しています。また、バスから電力供給を受ける周辺機器に最大2.5ボルトを供給します。

そのため、USB 2.0は、さまざまな周辺機器の電力要件を満たし、適切な電力供給と高速な通信を提供します。さらに、特定のストレージデバイスもサポートしています。

USB 3.0の理解

2010年、USB 2.0の10倍のデータ帯域幅を提供するUSB 3.0が登場しました。最大5ギガビット/秒（Gbps）の周波数で機能し、この機能により、データ・スループットが要求される高帯域幅デバイスのサポートが可能になりました。

さらに、USB 3.0は電力管理機能も向上しており、周辺機器に最大4.5ワットの電力を供給します。

USB 3.0は特に、高解像度のウェブカメラ、ビデオ機器、大容量の外部ストレージソリューション、複数の周辺機器を接続するためのドッキングステーションで使用されます。また、USB 2.0との下位互換性により、幅広いデバイスで利用できます。

USB 2.0とUSB 3.0の主な違い

USB 2.0とUSB 3.0は、ユーザーフレンドリーな接続性、速度、電力供給を提供しますが、パフォーマンス仕様を考慮することで、どちらが高帯域幅やデータ集約型の周辺機器をサポートするかを判断することができます。以下は、USB 2.0と3.0の主な違いです。

仕様	USB 2.0	USB 3.0
最大速	480 Mbps	5 Gbps
パフォーマンスへの影響	低〜中帯域幅デバイスに適しています。ウェブカメラなどには十分です。 高解像度ビデオや外部ストレージソリューションはサポートできません。	USB 2.0の10倍の速度で、高帯域幅アプリケーション（HDビデオカメラ、高解像度ディスプレイ、ドッキングステーションなど）をサポートします。
電力管理	バス給電デバイスに最大2.5Wを供給。サスペンド状態でエネルギーを節約。	より効率的な電力管理をサポートし、最大4.5Wの電力を供給。
ケーブル/コネクター	標準的なUSB-AおよびUSB-Bコネクターとケーブル。	追加のUSB 3.0コネクターとケーブルで帯域幅を強化。下位互換性あり。
ユーザーエクスペリエンス	周辺機器のプラグアンドプレイ接続を提供。帯域幅はあるが、大容量データ需要には制限あり。	シームレスなプラグアンドプレイ体験。高速化により、応答性が向上し、高度な機能を実現。
コスト	低コストで、デバイスやシステムに広く展開されている。	USB 2.0よりもコストが高いが、PCやノートパソコンでの標準化が進んでいる。

アプリケーションに最適なUSB規格の選び方

組み込みカメラシステムを設計する際には、カメラが接続やデータ転送に使用するCPUとの互換性を考慮することが重要です。また、UVC（USB Video Class）標準を使用するカメラのプラグアンドプレイ機能により、統合が簡単になり、開発コストが大幅に削減されます。これらのカメラは、CPUへの負荷が少なく、様々な組み込みビジョンアプリケーションにおいて優れたパフォーマンスを発揮します。

さらに、最大センサー解像度をサポートし、最小限の空間しか必要としないこのカメラは、コンパクトで高性能なシステムに最適です。

次に、USB 2.0とUSB 3.0のそれぞれの対応CPUモデルを見てみましょう。

USB規格	CPUモデル
USB 2.0	MediaTek Genio 500、MediaTek Genio 350、NXP i.MX8M Mini、RK3368、RK3328
USB 3.0	RK3588、RK3566、NXP i.MX8M Quad、NXP i.MX8M Plus、Nvidia Jetson NX2、Nvidia Jetson Nano

e-con Systemsでアプリケーションを再構築

e-con Systemsは、20年以上にわたり、さまざまな分野で専門的な組み込みカメラソリューションを提供している業界のリーダーです。 当社は、 GMSLカメラ、 MIPIカメラ and USB 3.1 Gen 1カメラなど、最先端のビジョンアプリケーションシステムの開発に役立つ幅広いカメラモジュールを提供しています。

See3CAMは、当社が提供するUSB 3.0標準に対応した組み込みカメラシリーズです。エンクロージャ、4K、低照度、オートフォーカス、3D深度カメラなど、様々な組み込みカメラをサポートしています。ここでは、USB 3.0規格に対応した、アプリケーションに最適な高品質カメラのいくつかを見ていきましょう。

1. See3CAM_CU31: 3MP 120dB HDRSony® ISX031 ベースのUSBカメラは、120dBのHDR性能と車載用LEDフリッカー抑制技術（LFM）によるフリッカーフリー機能を備え、厳しい照明条件下でも優れた画像品質を実現します。この UVC準拠のUSBカメラは、 3MPの解像度で毎秒30フレームのビデオデータをストリーミングします。 See3CAM_CU31 は5:4のアスペクト比で撮影し、水平方向の詳細を犠牲にすることなく、垂直方向のカバレッジを拡大します。このような包括的な機能を備えたこのカメラは、インテリジェント交通システム（ITS）、国境管理、セキュリティ、小売店キオスク、 駐車場管理など、 様々なアプリケーションに最適なソリューションです。
2. See3CAM_CU55 -1/2.5インチ5.0MP低ノイズUSBカメラ（カラー）で、onsemi® AR0521イメージセンサーを搭載し、固定フォーカス、ローリングシャッターとグローバルリセットモード、そしてオンボードの高性能ISPを備えています。高解像度監視、医療機器、バイオメトリック認証システムに適しています。
3. See3CAM_CU512M -5MP AR0522モノクロNIR USBカメラは、近赤外線スペクトルでの感度が向上し、低照度性能が優れています。医療アプリケーションに適しています。
4. See3CAM_30 -3.4MPオートフォーカスUSBカメラで、液体レンズを搭載し、onsemi® AR0330イメージセンサーを備えたUSB 3.1 Gen1タイプCインターフェースボードです。オートフォーカス機能と、シャッターラグなしで3.4MPの静止画を撮影できます。USB Video Class（UVC）に対応し、低消費電力で、発熱が少ないのが特徴です。

お客様のアプリケーションでUSB 2.0規格が必要な場合は、様々な組み込みカメラモデルもご用意しています。.

1. e-CAM82_USB – Sony STARVIS™ IMX415 4Kウルトラ低照度USBカメラで、オートホワイトバランスやオート露出などのすべての自動機能を実行する専用のISPを内蔵しています。WindowsおよびLinuxに対応したUVC準拠カメラで、棚監視システム、キオスク、文書リーダー、アクセス制御などに適しています。
2. Hyperyon® – 2MP Sony STARVIS IMX290ウルトラ低照度USBカメラ（カラー）で、HDRサポートとH.264/MJPEG圧縮を備えています。Socionext ISPにより、3DNR（3Dノイズリダクション）およびWDR（ワイドダイナミックレンジ）機能が搭載されており、低照度アプリケーションに最適です。

まとめ

アプリケーションが高度な機能と応答性を求める時代において、デバイスの速度とUSB規格を戦略的に一致させることが重要です。USB 2.0は依然として低帯域幅の周辺機器に適用されますが、USB 3.0は最新の規格であり、大量のデータを必要とするデバイスをサポートできます。USB 3.0は、高解像度カメラ、外部ストレージソリューション、ドッキングステーションなどのシームレスな操作を可能にし、最大10倍の速度でデータを送信します。