Alles über USB

Apr 09, 2024

Apropos hochwertige USB-C-Implementierungen: Es gibt ein Produkt, das mehrere Verkaufsargumente rund um USB-C bietet und wohl ein leuchtendes Beispiel dafür ist, wie man USB-C richtig macht. Es handelt sich um den Framework-Laptop, bei dem die USB-C-Erweiterungskarten im Mittelpunkt stehen.

Vollständige Offenlegung: Dieser Artikel wird auf einem Framework-Laptop geschrieben und ich habe ihn kostenlos von Framework erhalten. Ich habe es nicht wegen der Hackaday-Berichterstattung bekommen – ich entwickle Framework-orientierte Hardware als Hobby, insbesondere Boards, die auf unterhaltsame Weise Aspekte dieses Laptops hacken. Im Rahmen ihrer Community-Entwicklerunterstützung haben sie mir einen Laptop zur Verfügung gestellt, den ich sonst für ein solches Hobby nicht bekommen hätte. Mittlerweile bin ich Teil der Framework-Community, ich habe meine eigenen Dinge, die mir an diesem Laptop gefallen, und einige Dinge, die mir nicht gefallen.

Dies ist kein Artikel darüber, wie zufrieden oder unzufrieden ich mit dem Framework-Laptop bin – es gibt viele davon und es wäre nicht fair von mir, einen zu schreiben – ich habe für nichts dafür bezahlt, außer für jede Menge Spaß Ich entwerfe Boards und hänge mit anderen Leuten ab, um coole Dinge zu entwerfen, was ich gerne tue. Ich bin ein Fan von allem, was mit Laptops zu tun hat, und der Grund, warum ich über Framework sprechen möchte, ist, dass es kein besseres Beispiel für USB-C und alles, was man damit machen kann, in freier Wildbahn gibt.

Es gibt vier USB-C-Anschlüsse am Framework-Laptop. Alle diese Anschlüsse können als Lade-, USB3-, DisplayPort- oder Thunderbolt 3-Anschlüsse genutzt werden. Dies ist zum Teil deshalb möglich, weil es im System keine weiteren Anschlüsse gibt – Sie erhalten diese vier Anschlüsse, mit Ausnahme der Kopfhörerbuchse, und jedem Anschluss ist ein Thunderbolt- und PD-Controller zugewiesen. Im Gegensatz zu MacBooks müssen Sie sich jedoch nicht mit Dongles herumschlagen – alle Anschlüsse sind tief im Gehäuse versenkt und Sie verwenden sogenannte Erweiterungskarten für Ihren Anschlussbedarf. Die einfachste Variante, die USB-C-Erweiterungskarte, erweitert lediglich den USB-C-Anschluss, an den sie angeschlossen wird – es handelt sich im Wesentlichen um eine USB-C-Erweiterung, aber irgendwie von der standardkonformen Art; Es enthält keine aktiven Komponenten und leitet die Pins nur 1:1 weiter, wobei alle Eigenschaften der Ports übernommen werden.

Es gibt weitere Karten wie HDMI, DisplayPort, USB-A, Ethernet und auch Speichererweiterungskarten. Wie Sie vielleicht erraten haben, rufen sie Altmodi aus den USB-C-Anschlüssen auf, an die sie angeschlossen sind – wobei DisplayPort und HDMI den DP-Altmodus verwenden, die DisplayPort-Karte nur die für den Hochgeschwindigkeits-Altmodus aktivierten Pins durchlässt und HDMI einen aktiven DisplayPort verwendet -HDMI-Konverterchip. Der USB-A fungiert als männlicher USB-C-zu-weiblicher USB-A 3.1-Adapter, Ethernet wird über USB3 angeschlossen und Speichererweiterungskarten scheinen ebenfalls über USB3 verbunden zu werden.

Dadurch werden einige Probleme gelöst. Wenn Sie einen Laptop mit einer ganz bestimmten Anschlusskombination suchen, können Sie ihn wahrscheinlich hier bekommen. Sie müssen keine Dongles mit sich führen – die Erweiterungskarten sind klein und handlich, Sie können eine Handvoll davon in Ihre Laptoptasche stecken und die DisplayPort-Karte nur verwenden, wenn Sie einen DisplayPort-Ausgang mit USB-C oder USB-A benötigen Häfen stattdessen zu anderen Zeiten an. Wenn ein Port kaputt geht, müssen Sie das Mainboard nicht mehr austauschen und reparieren – einfach die Erweiterungskarte austauschen und loslegen. Oh, und wenn Sie einen weiteren Laptop mit USB-C-Anschluss haben, funktionieren alle Ihre Erweiterungskarten im Notfall als USB-C-Dongles, vorausgesetzt, dass der notwendigerweise unflexible mechanische Formfaktor für Sie kein Problem darstellt.

Von Anfang an veröffentlichte Framework Dateien für andere, um ihre eigenen Erweiterungskarten zu entwickeln – eine KiCad-Vorlage mit Teilenummern, eine Beispielkarte mit einem STM32-Mikrocontroller und druckbare Kartengehäusedateien. Sie haben außerdem zugesagt, Entwickler in der Community durch die Finanzierung von Prototypen-Produktionsläufen zu unterstützen – das Programm, von dem ich, wie ich oben beschrieben habe, profitiert habe. Auch wenn ein einzelner Hacker möglicherweise nicht in der Lage ist, ein Thunderbolt-Gerät zu entwickeln, erhalten Sie dennoch einen 5-V-Ausgang und einen USB-2.0-Anschluss, mit USB-3.0-Fähigkeit, wenn Sie es wagen, Ihr Glück bei der Impedanzanpassung zu versuchen. Außerdem gibt es natürlich USB-C-Lade-Passthrough, solange Sie die CC-Leitungen erhalten.

Seitdem ist das Framework-Forum voller Menschen, die Erweiterungskartendesigns erfinden, diskutieren, entwickeln und verfeinern – Ideen, die vom LTE-Modem bis hin zu MagSafe reichen. Es gibt bereits einige von der Community bereitgestellte Karten, wie die magnetische USB-C-Ladekarte, die jeder durch die Kombination einer 3D-gedruckten Hülle mit Aliexpress-Komponenten zusammenbauen kann, und die Leute haben sie verbessert. Es gibt auch Karten für einen seriellen Anschluss, einen miniDisplayPort und einen VGA-Anschluss, die derzeit von jemandem auf Discord entworfen werden; Karten wie der RP2040 und Dual-Port-USB-C sind auf dem Vormarsch, und in Zukunft könnten auch einige unerwartete Designs auftauchen. Tatsächlich gab es ein Ethernet-Karten-Community-Projekt, lange bevor eine Ethernet-Karte im Framework-Store erschien!

Leider sind nicht alle von der Community entwickelten Erweiterungskartendesigns in Produktion gegangen. Ich glaube nicht, dass dies das Problem von Framework ist – es ist eher ein allgemeines Problem, „Hardware vom Design in die Realität zu bringen“, etwas, das ich selbst lösen musste, und manchmal habe ich immer noch Probleme damit. Es wäre in der Tat cool, mehr von der Community betriebene Erweiterungskarten zu sehen, und unter anderen Umständen werden die Designs gedeihen.

Im Framework-Land ist nicht alles perfekt, wenn es um USB-C geht. Beispielsweise sind die Erweiterungskarten etwas klein, sie haben eine bestimmte thermische Hülle, und im Freiland wurde festgestellt, dass die Controller der Speichererweiterungskarten überhitzen und drosseln könnten, was zu einem Rückgang der Lese-/Schreibleistung führt. Allerdings wird jedem Framework-Laptop ein Schraubendreher beigelegt, und es gibt eine Anleitung, wie Sie diesen Schraubendreher sinnvoll nutzen können, indem Sie ein Wärmeleitpad in Ihre Speicherkarte einbauen – so wird die Hitze etwas gesenkt und die Karte nicht gedrosselt. Das heißt, es ist nicht die einzige Karte, bei der dies ein Problem sein könnte – die von der Community betriebene LTE-Karte könnte, wann immer sie tatsächlich erscheint, ebenfalls auf thermische Probleme stoßen, nur ist mechanisch nicht viel Platz vorhanden.

Alle Erweiterungskarten, mit Ausnahme der USB-C-Passthrough-Karte, sind grundsätzlich fest angeschlossene Geräte und verbrauchen Strom. Jede dieser Karten verfügt über einen Pulldown von 5,1 kΩ, der vom Thunderbolt-Controller jedes USB-C-Anschlusses erkannt wird und dazu führt, dass der Controller den Tiefschlafmodus verlässt und den von der Karte angeforderten Altmodus aktiviert. Außerdem schaltet es die interne 5-V-Stromschiene auf den USB-C-Anschluss um und versorgt so die internen Komponenten der Karte mit Strom. Ich vermute, dass diese beiden Faktoren die Ursache für den Stromverbrauch im Zusammenhang mit der Erweiterungskarte sind, von dem einige Leute berichten. Dieser Verlust wurde größtenteils, aber nicht vollständig, durch Firmware-Updates irgendwann aufgehoben; Dennoch ist ein Teil davon unvermeidlich.

Auch das Laden über USB-C verlief nicht einwandfrei. Es gibt Netzteile, mit denen das Framework meiner Meinung nach nicht funktioniert, und ich musste irgendwann nach einem anderen USB-C-Netzteil suchen, als ich dachte, ich hätte bereits eines, das funktionierte. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass das Netzteil schuld war, und ich habe auch nie das BIOS aktualisiert, daher ist es sehr wahrscheinlich, dass ich von einer besseren Kompatibilität nur noch ein Firmware-Update entfernt bin. Außerdem funktionierte das 15-V-Laden bei bestimmten Chargen der Mainboards aufgrund eines FET in einem Ladepfad, der andere Eigenschaften als der eingebaute hatte, nicht gut, was die Verwendung bestimmter Powerbanks und Netzteile ausschloss. Angesichts der Tatsache, dass das serienmäßige Framework-Ladegerät mit 20 V betrieben wird, ist es sinnvoll, dass dieser Fehlermodus übersehen wurde. Zum Glück können Sie einen Ersatz-FET bestellen, ihn austauschen und die 15-V-Ladung im EC wieder aktivieren – denken Sie daran, dass der EC über Open-Source-Firmware verfügt.

Es macht Spaß, über diese Probleme zu sprechen, aber sie sind verschwindend gering, wenn man die USB-C-Anschlüsse des Frameworks im Alltag nutzt. Insgesamt ist die USB-C-Implementierung auf dem Framework-Laptop brillant und viele Laptops erreichen nicht annähernd den Funktionsumfang, den die USB-C-Anschlüsse bieten.

Auch der Grad der Offenheit, wenn es um Designentscheidungen und -mängel geht, ist beispiellos – kein anderer Laptop-Hersteller hätte Ihnen gezeigt, wo Sie ein Wärmeleitpad anbringen müssen, oder Ihnen eine FET-Teilenummer gegeben, um einen minderwertigen FET auf Ihrem Mainboard zu ersetzen, wenn Sie USB anschließen -C-Laden ist situativ nicht funktionsfähig; geschweige denn Teilschaltpläne und Anschlussinformationen für die DIY-Community veröffentlichen. Es ist wirklich beeindruckend, das USB-C-gestützte Ökosystem des Frameworks zu sehen, und ich kann es kaum erwarten, zu sehen, was es bringt, sowohl für die Framework-Benutzerbasis als auch für die indirekte Beeinflussung der Designentscheidungen anderer Laptops und Geräte durch die richtige Vorgehensweise. und indem er die Vielfalt der USB-C-Modi zu seinem Vorteil nutzt.