USB PDを使ってスマホを労わりたい

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1. USB PDを使って スマホを労わりたい らすぴー / RasPython3 (@RasPython3) 2026-10-11 Okayama Revengers LT #7
2. 自己紹介 2 活動名 RasPython3 / らすぴー X: @RasPython3 seccamp’24 全国 seccamp’25,’26 チューター 普段やってること 各種ウェブツールづくり 電子辞書いじり ゲーム内コーディング ネットワーク関連 etc.
3. 3 みなさん、急速充電してますか？
4. 急速充電とは？ • 供給する電圧・電流を大きくして通常より急速に充電を行う機能 • 主にType-CのPD(Power Delivery)が使われる • 同じ仕組みでノートPCやミニPCの電源ポートにもType-Cが普及 4
5. ところで • 急速充電するとLi-ionバッテリーが弱る、みたいな言説がある • 実際は熱とか残量管理のほうが要因としては強いらしいが... • 寿命的にはゆっくり充電するに越したことはなさそう • ついでにスマホの不調が役満状態でちょっと不安 (電源ボタン故障、指紋センサ故障、バイブ故障、バックライト故障) 5
6. 今回やりたい(やりたかった)こと • 充電器とスマホの間に挟まって、通信をジャック • 充電器が提示した電圧の中で低めなものだけをスマホに教える • ついでに電力の一部を内蔵ハブに回したり • 善意の中抜き業者 6
7. 今回やりたい(やりたかった)こと 動機 • せっかくならPDの動作も勉強したい • じゃあ自分で調べて 設計・実装してみよう！ 7 65% ノリ 15% スマホに やさしく 20% PDのお勉強
8. なお • 1か月前から回路設計などをしていたんですが... • ギリギリ間に合わず... • 技術解説メインになります 8
9. USB端子について 9 • Universal Serial Bus • 差動信号を用いて多用途に 使える便利なモノ • あと活線挿抜ができる • ユーザ側は便利だけど プロトコルは複雑 引用元: https://geekom.jp/blogs/guide/usb-types
10. USB Type-C 10 • 今やスタンダードとなった、24ピンを擁する激ヤバ端子 • これまでのUSB端子と機能的な後方互換性を確保している • 差動高速通信レーン×4 (最大計40Gbps) • 補助信号線×2 • コンフィグ用線 レセプタクル プラグ • 5V~48V,~5Aまで出せる • ...240W？？？ 引用元:https://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00001953a.pdf
11. Source と Sink 11 • 電力を「あげる側」と「もらう側」 名称 役割 例 Source 電力を供給する CCピンをプルアップ USB充電器 モバイルバッテリー Sink 電力をもらう CCピンをプルダウン PC, スマホ USBメモリ
12. DFP と UFP • Downstream Facing Port ... USBの「ホスト」 • Upstream Facing Port ... USBの「デバイス」 • USBはホストとデバイスに分かれて基本的に1対1で通信をする • いままでは基本的にAがホスト、Bがデバイスにになっていた • Type-Cはケーブル両端の端子が同形のため、CCピンによって 初期の役割を決定する 12
13. DRP と DRD について • スマホやPCは必ずしも「電力をもらう側」とは限らない • PCからスマホに充電できたり、スマホからUSBアクセサリに給電できたり • 同様に「ホスト側」とも限らない • スマホをPCに繋ぐとデバイスとして認識される • でもスマホにもUSBメモリ挿せるよね？ • DRP(Dual Role Power) ... 後からSinkやSourceに化けられる • DRD(Dual Role Data) ... 後からDFPやUFPに化けられる 13
14. DFP/UFPとSource/Sinkの関係 • 従来は基本的に DFP & Source, UFP & Sink の組合せ • Type-Cでは、DRPによってSourceとSinkを入れ替えられる • デバイスから電力をもらいつつ、通信としてはホストになれる • OTGに近いが、使うピンに違いがあったり、切り替わるモノが違う (OTG: On-The-Go, データ線を使って後からDFP/UFPを入れ替え) 14
15. DFP/UFPとSource/Sinkの関係 15 • まだつながっていない状態 5V Rp DFP(ホスト) プルダウンにより0V CC CC UFP(デバイス) プルアップにより5V Rp GND (0V)
16. DFP/UFPとSource/Sinkの関係 • つながると 16 VBUSを通して5V給電 5V 相手はDFPだ 自分がSinkだ Rp DFP(ホスト) CC ↓電圧降下 CC UFP(デバイス) ↑電圧上昇 Rd 相手はUFPだ 自分がSourceだ GND (0V)
17. DFP/UFPとSource/Sinkの関係 17 • DFP同士/UFP同士だと、電圧変化がなく何も起こらない →安全 UFP(デバイス) ...? ...? CC CC Rd UFP(デバイス) Rd GND (0V) GND (0V)
18. DFP/UFPとSource/Sinkの関係 18 • DRP同士は... どちらかというと Sinkになりたい どちらかというと Sinkになりたい CC DRP(デバイス) CC 不定 Rd GND (0V) DRP(デバイス) Rd GND (0V)
19. CCピンについて • CC = コンフィグレーションチャンネル • つながった機器は、CCピンを使って半二重通信 (一つの線で双方向に通信)をする • 詳細なフォーマットまでは今回は省略 • これを使ってPDやDRP/DRDの処理などを行う 19
20. DRPの流れ 20 ちょ俺電力ほしいんだけど 役割交換しようや あ...はい... 左側がVBUSへの供給をカット Source ↓ Sink じゃあこっち供給とめたんで 右側がVBUSへの供給を開始 あ...じゃあ供給します 交換完了 Sink ↓ Source
21. DRDの流れ 21 ちょ俺UFPがいいんだけど 役割交換しようや DFP(ホスト) ↓ UFP(デバイス) あ...はい... 交換完了 UFP(デバイス) ↓ DFP(ホスト)
22. PDの流れ 22 双方がSource,Sinkを認識 SourceがVBUSに5Vを供給 5V,9V,15V それぞれ3A出せます 9V 3A ください DFP(ホスト) Source いいよ～ 9Vを供給 VBUS変えたよ～ UFP(デバイス) Sink
23. 23 ちなみに、冒頭の仲介業者はというと...
24. やりたいやつ 24 改竄済 5V,9V,15V それぞれ3A 出せます 仲介業者 5V 3A ください 5V 3A ください 充電器 / PC Source いいよ～ 5V 3A 出せます Sink Source いいよ～ 5Vを供給(パススルー) VBUS変えたよ～ VBUS変えたよ～ スマホ Sink
25. 25 ここからは 「間に合わせたかったなぁ...」 というお話
26. DRP と DRD をやってみたい！ 26 • 身近な周辺機器でDRPやDRDを使っていそうなものは何だろう？ • USBハブは？ • 最近はPD給電用のType-Cポートが ついているものも • これってDRPだよね ↑※本当はType-C
27. じゃあDRDは？ • そもそもスマホのType-CってDRD対応なんですよ • じゃあスマホの周辺機器でいい感じの何かを • これさっきのUSBハブで良くね？ • PC接続の有無でDRDをしたい 27
28. どういうこと？ • スマホのみ接続 ... スマホのUSBハブとして、UFP & Sink 動作 28
29. どういうこと？ 29 • 充電器も接続 ... スマホのUSBハブとして、UFP & Source 動作 ※本当は ↓ Type-C
30. どういうこと？ • PCを接続 ... PCのUSBハブとして、DFP & Source として動作 (スマホがUSBハブにぶら下がる) 30
31. どういうこと？ 31 DRD DRP & DRD
32. 出来上がった回路 • 部品はGoogleのAIモード とChatGPTをいじめて 壁打ちして選定 • かなりダメもとで一応 高速レーン配線を メイン基板に用意 • ラズパイ系使いたいので RP2040-Zeroを採用 32
33. 出来上がった回路 33
34. おわり • 「1ヶ月あればさすがに動作テストまでは行けるでしょ」と思って いた過去の自分を急かしたい • 部品集めて進捗出来たらXに流します • スマホには優しくしようね 34