USB 3.0規格のFAQ(1) ―― 信号波形からSuperSpeed USBを理解しよう

Q．8b/10b符号化とは？
A．8ビット・データを10ビット・データ（シンボル）に変換して送信する技術．

　8b/10b符号化では，8ビット・データが上位3ビットと下位5ビットに分けられます．これにデータ文字（256種類）か特殊文字（16種類）かの制御を加え，また同じ符号（'0'または'1'）の連続が5ビット以下となるようにして，上位4ビットと下位6ビット（合計10ビット・データ）に変換（符号化）されます．送信中の符号列の'0'と'1'の数をそろえてDCバランスをとり，情報の欠落が生じにくくするために，各文字は4ビット側，あるいは6ビット側，またはその双方で'0'と'1'が反転した2種類のパターンを持ち，送信した文字の'0'と'1'の数に応じてパターンを切り替えます．これをランニング・ディスパリティと呼びます．符号の'0'と'1'の数が同じ場合は反転パターンを持ちません（図13）．なお，データの切り出し（シンボル・ロック）にはK28.5という特殊文字を使います．

図13　8b/10b符号化の概念図

　同じ符号の連続が5ビット以下のため，データ・パターンの周波数の拡がりが抑制され，信号の安定性が向上します．DC成分が抑制されているので，AC結合が可能です．またデータ遷移密度が高いため，受信側のクロック・リカバリ回路のPLLは受信信号に容易に同期（ロック）します．

　8b/10b符号化は1982年に米国IBM社によって考案され，特許が取得された技術です．今日の多くのシリアル・インターフェースで8b/10b符号化が採用されています（すでに特許は切れている）．ただし，オーバヘッドが20%（8ビットを10ビットに変換する）あり，実際に送信されるデータの中の80%が有効なデータとなります．つまり5GbpsのUSB 3.0では4Gbps，すなわち500Mバイト/sが実質的なデータ転送レートとなります．

　オーバヘッドを減らすために，64b/66b，64b/67b，128b/130bなどの符号化方式も考案されており，これらを採用しているインターフェースもあります．

（第2回に続く）

畑山 仁
日本テクトロニクス(株)