[技術的補足]USBマイクとUSBハブについて | ..あちゃ! no mic's

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USBマイクPCM2902について

PCM2902は、Texas Instruments(TI)社製のステレオオーディオコーデックICで、USBインターフェースとS/PDIF入出力をワンチップに統合した人気の高いチップです。自作のUSBオーディオインターフェースやDACなどでよく使用されます。

■主な仕様とスペック
• タイプ: ステレオオーディオCODEC(USB 1.1対応)
• 分解能: 16 bit
• サンプリングレート: 最大 48 kHz
• インターフェース: USB、S/PDIF(入出力)
• 電源方式: バスパワー駆動対応(USBからの給電で動作)
• パッケージ: 28ピン SSOP
• HIDインターフェイス搭載: ボリュームやミュートなどの外部操作(ボタン操作など)をUSB経由でPCに伝達可能

■オーディオ特性
• A/Dコンバータ(録音): ダイナミックレンジ 89 dB
• D/Aコンバータ(再生): ダイナミックレンジ 96 dB
• THD+N(全高調波歪率+ノイズ): 0.005% 〜 6%

詳細はTexas InstrumentsのPCM2902製品ページでデータシートや詳細な技術資料をご確認いただけます。

AliExpressでPCM2902(Texas Instruments/Burr-Brown製 のUSBオーディオコーデックIC)をお探しの方向けに、検索結果や購入時の注意点、型番の違いについてまとめました。

AliExpressの PCM2902 検索結果一覧 から直接最新の在庫を確認できます。

■AliExpressでの主な販売形態
• ICチップ単体(SSOP-28パッケージ)
• 自作オーディオ(DIY DAC/ADC)や修理用の保守部品として販売されています。
• 1ピース単位 または5〜10個のセット販売が主流です。
• 完成品ボード / USBサウンドカードモジュール
• チップ単体だけでなく、PCM2902を搭載したUSBオーディオ変換基板や、ケースに入った 外部USBサウンドカード としての出品もあります。

■購入時の注意点(リマーク・偽物対策)
PCM2902は非常に息の長い人気チップであるため、AliExpressなどのECサイトでは偽物(低品質な別チップの表面を削って型番を印刷し直したリマーク品)や、動作不良のジャンク品が紛れているリスクがあります。以下のポイントを確認して購入してください。
• 「100% New Original」の表記をチェック:100%新品・オリジナル と明記しているセラーを選びます。
• バイヤーのレビュー(評価)を確認:「オーディオ機器に実装して正常に認識した」「PCで Burr-Brown from TI USB Audio CODEC と認識された」といった、具体的な動作報告レビューがあるショップを選んでください。
• 極端な最安値は避ける:相場より明らかに安いものは、古い基板から剥ぎ取ったリサイクル品(中古)の可能性があります。 

■派生型番(末尾のアルファベット)の違い
検索すると複数の型番がヒットしますが、基本的には上位互換またはパッケージ仕様の違いです。
• PCM2902E:初期の標準的なモデルです(現在はNRND/新規設計非推奨の場合があります)。
• PCM2902C (PCM2902CDBR):省電力化やノイズ低減など、内部が改良された現行の推奨バージョンです。AliExpressで今から買うなら PCM2902C をおすすめします。
• ※類似のPCM2704との違い:よく似た型番で安い PCM2704 もヒットしますが、こちらは「再生専用(DAC)」です。録音(入力)も必要な場合は、必ずDAC/ADC両対応PCM2902を選んでください。


マイクに対応させるMW7211(USBコントロールチップ)

MW7211は、主に安価なUSBハブ(ダイソーなどの100円ショップで売られている製品など)に広く採用されているUSB 2.0(またはUSB 1.1)のハブコントローラーICです。

MW7211の主な特徴と仕様は以下の通りです。
• 主な機能: 1つのUSBポートを複数のポートに分岐させるハブ機能を提供。
• 内蔵機能: クラスRISCプロセッサを内蔵しており、内部レジスタの操作やUSBホストからのコマンドに自動で応答します。
• 電源電圧: 単一5V電源で動作。
• パッケージ: コスト削減のため、ベアチップ(モールドで固められただけの非常に小さなチップ)の状態で基板に直接実装されていることがよくあります。 

このチップは電子工作の分野では、分解・ハッキングの対象としてよく知られています。実際にチップを削り出して内部構造を解析した技術的な記録やレビューは、noteの分解記事で詳しく解説されています。また、チップ単体の調達や仕様についてはAliExpressの製品ページなどで確認できます。


TUSB2046(Texas Instruments社製の4ポートUSB 1.1/2.0 フルスピード・ハブコントローラIC)


AliExpressで電子部品を購入する際は、格安で手に入る一方で、いくつか注意すべきポイントがあります。


■AliExpressでの検索キーワード

探しているパッケージ(ピンの形状)に合わせて、以下のキーワードで検索すると目的のICが見つかりやすくなります。
• LQFP-32 パッケージ(四方にピンが出ているタイプ):
「TUSB2046BVF」または「TUSB2046BVFR」

• QFN-32 パッケージ(裏面にパッドがある小型タイプ)

「TUSB2046BIRHBR」または「TUSB2046BIRHBT」

■AliExpressで購入する際のチェックポイント
• 「ロット数」と価格を確認する
AliExpressでは1個単位だけでなく、5個、10個などのロット単位で販売されていることが多いです。単価があまりに安すぎる場合は、10個まとめ売りの価格ではないか確認してください。
• ショップの評価(Store Rating)を見る
電子部品を扱うショップの評価が 95%以上、できれば 97%以上 のストアを選ぶとトラブルを避けられます。
• 偽物(リマーク品)や不良品のリスク
極端に価格が安い場合、古い基板から取り外したリサイクル品(リユース品)や、型番を偽装したリマーク品の可能性があります。レビュー欄で「実際に基板に実装して動作したか」の報告があるか確認することをおすすめします。

■確実な正規品が欲しい場合の代替案
もし試作や修理、あるいは製品への組み込みなどで100%確実な正規品(新品)が必要な場合は、AliExpressではなく大手の正規電子部品ディストリビューターからの購入をおすすめします。
• Mouser Electronics (マウザー)


usb2.0のハブのchirpシグナルを物理的な、加工で無効にする方法

USB 2.0のハブにおけるChirp(チャープ)シグナルを物理的な加工によって無効にするということは、すなわち「ハイスピード(480Mbps)モードへの切り替えを物理的に防ぎ、強制的にフルスピード(12Mbps)以下で動作させる」ことを意味します。

物理的な加工や改造のアプローチとしては、主に以下の3つの方法が考えられます。

1. 信号線(D-)の切断またはスイッチの追加
High-Speedのネゴシエーション(ハンドシェイク)は、デバイスが最初にD-ラインをプルダウンしてChirp K信号を送信することで開始されます。その後、ホストがK-J chirpsを返します。
• 方法: ハブの基板(PCB)上、またはUSBケーブル内の「D-(白)」の配線を物理的にカットするか、そのラインにON/OFFスイッチを割り込ませます。
• 効果: Chirp信号の往復ができなくなるため、ホストとハブはハイスピード通信を諦め、フルスピード通信へとフォールバック(格下げ)します。

2. ハブコントローラICのモード設定ピンの物理的変更
市販のUSBハブに搭載されているコントローラIC(Genesys Logic、Microchip、TIなどのチップ)には、ハブの動作モードを指定する設定ピンが存在することがあります。
• 方法: 基板上のハブICのデータシートを確認し、「Full-Speed Only(フルスピード専用)」または「ハイスピード無効」に設定するためのピン(プルアップ/プルダウン抵抗がつながっているピン)を見つけます。この抵抗の値を付け替える(またはジャンパする)ことで、IC自体にハイスピード機能を強制的にオフにさせることができます。

3. プルアップ/プルダウン抵抗の改造
USB機器は接続時にD+またはD-ラインのプルアップ/プルダウン抵抗の状態を検知して通信速度をネゴシエートします。
• 方法: D+ラインの1.5kΩプルアップ抵抗などの通信ネゴシエーションに関わる抵抗を物理的に取り外すか、定数を変更します。
• 効果: 機器がホストからの認識プロセスを完了できなくなり、通信が阻害されます(ただし、完全に通信不能になるリスクが高い手法です)。


■注意点
USB 2.0の規格から外れた物理的な改造や信号線のカットは、通信のタイミング異常やバスパワー(電源)の供給異常を引き起こす可能性があります。基板のパターンカットやハンダ付けを伴うため、ハブ自体が故障したり、接続したPCやデバイスを破損させたりするリスクがある点に十分ご注意ください。

具体的な加工(スイッチの追加や基板の改造など)を検討されている場合、どのような目的(通信速度を意図的に落としたい、またはセキュリティ等の理由で通信を遮断したい等)で無効化したいのか、およびハブの具体的な型番や基板の写真(もしわかれば)を教えていただければ、より安全で具体的なアプローチをご提案できます。



主なUSB 1.1専用ハブコントローラチップ

USB 1.1専用(USB 2.0やそれ以降の規格には非対応)のハブコントロールチップは、規格の誕生から長い年月が経過しているため、現在ではすべてディスコン(生産終了)となっており新品での入手は困難です。
現在これらのチップを入手するには、海外の電子部品通販サイト(AliExpressなど)のデッドストック品を購入するか、2000年前後の古いPCパーツから基板を剥ぎ取って部品取りをする必要があります。
かつて市場に流通していた主なUSB 1.1専用ハブコントローラチップは以下の通りです。


• Texas Instruments (TI)

• TUSB2036 / TUSB2046: 3〜4ポートのUSBハブを構築する際、当時の定番として多くの機器に採用されていました。

• Cypress Semiconductor (現 Infineon Technologies)
• CY7C65600

などのEZ-USBシリーズ 


• Genesys Logic
• GL601: 初期のリピータおよびハブコントローラとして広く使われました。

• ALCOR Micro
• AU9254(初期モデル)

• SMSC (現 Microchip Technology)
• 初期のUSB 1.1 Hub IC

■現代の状況と代替案
現在市場に出回っている新品のUSBハブ(aitendoなどで扱われている「FE1.1S」などのIC)は、基本的にすべてUSB 2.0対応(USB 1.1と後方互換性あり) です。

どうしてもUSB 1.1のデバイス(古い計測機器やレガシーキーボードなど)を制御したい場合、現在の主流であるUSB 2.0またはUSB 3.x のハブやホストコントローラを利用しても、下位互換性によってそのまま通信速度が1.1の速度(12Mbps)に落ちて機能するため、最新のチップでも問題なく動作します。

その他

■GRUB設定などを編集し、xhci_hcd をブラックリストに追加します。


■ sysfs を利用した転送モードの制限

ターミナルで、/sys/bus/usb/devices/ 以下にある各デバイスの speed パラメータを読み取ったり制御したりすることで、特定のデバイスの通信速度を制限できる場合があります。


注意点
• パフォーマンスの低下: データをUSB 1.1の速度(最大12Mbps)に制限するため、USBメモリのデータ転送や外付けHDDなどの速度も大幅に低下します。マウスやキーボードなどの入力デバイスであれば、1.1の速度でも動作に支障はありません。

• マウスやキーボードの場合

: これらは通常、USB 2.0やUSB 3.0のポートに挿しても、規格の仕様として自動的にUSB 1.1(Low Speed / Full Speed)の速度で通信するよう設計されています。もし、通信速度を物理的に制限したい理由が「他のハードウェアの干渉を防ぐため」「古いシステムとの互換性のため」であれば、上記のドライバ変更やBIOS設定が有効です。


最も簡単かつOSを問わず確実なのは、「間にUSB 1.1対応のハブを挟む」物理的な方法 です。USB 1.1ハブにデバイスを挿すと、規格上強制的に12 Mbpsで通信されます。 
OS側で制御する場合は、以下の手順で行います。
■Windowsでの設定方法
Windowsでは、USB 3.0および2.0のコントローラーを無効化することで、強制的にUSB 1.1 (OHCI/UHCI) で動作させます。
  1. デバイスマネージャーを開く
    • スタートボタンを右クリックし、「デバイス マネージャー」を選択します。 [1, 2]
  2. コントローラーの無効化
    • 「ユニバーサル シリアル バス コントローラー」の項目を展開します。
    • eHCI」(USB 2.0)や「xHCI」(USB 3.0)と名の付くコントローラーをすべて右クリックし、「デバイスを無効にする」を選択します。
    • USB 1.1専用の「〜ホスト コントローラー」のみが有効な状態になると、速度が制限されます。
■Linuxでの設定方法
Linuxでは、USB 2.0および3.0を制御するカーネルモジュール(ドライバー)をアンロードすることで強制的にUSB 1.1で動作させます。 
  1. モジュールのアンロード
    • ターミナルで以下のコマンドを実行し、USB 2.0/3.0のドライバーを外します。
      bash
      sudo modprobe -r xhci_hcd xhci_pci ehci_hcd
      コードは注意してご使用ください。
    • これにより、USB 1.1のドライバー(ohci_hcduhci_hcd)が優先・強制されます。
  2. 特定ポートへの制限(デバイスツリー)
    • 組み込みシステムなどの場合は、デバイスツリー(Device Tree)の対象となるUSBポートのエントリに maximum-speed = "full-speed"; を追記することで、ポート単位でUSB 1.1(Full Speed)に制限できます。