Todo sobre USB

Hablando de implementaciones de USB-C de alta calidad, hay un producto que tiene múltiples puntos de venta diseñados en torno a USB-C y es posiblemente un ejemplo brillante de cómo hacer USB-C correctamente. Es la computadora portátil Framework, donde las tarjetas de expansión USB-C ocupan un lugar central.

Divulgación completa: este artículo se está escribiendo en una computadora portátil Framework y lo obtuve gratis de Framework. No lo obtuve para la cobertura de La-Tecnologia: desarrollo hardware diseñado para Framework como pasatiempo, específicamente, placas que piratean aspectos de esta computadora portátil de manera divertida. Como parte del esfuerzo de apoyo a los desarrolladores de su comunidad, me proporcionaron una computadora portátil que de otro modo no podría conseguir para tal pasatiempo. Ahora soy parte de la comunidad Framework, tengo mi propio conjunto de cosas que me gustan de esta computadora portátil y un conjunto de cosas que no me gustan.

Este no es un artículo sobre si estoy satisfecho o insatisfecho con la computadora portátil Framework; hay muchas de esas por ahí y no sería justo para mí escribir una; no he pagado nada por ella excepto divertirme mucho. diseñar tableros y salir con otras personas diseñando cosas interesantes, que es algo que hago de buena gana. Soy un entusiasta de todo lo relacionado con las computadoras portátiles y la razón por la que me gustaría hablar sobre Framework es que no hay mejor ejemplo de USB-C y de todo lo que puedes hacer con él en la naturaleza.

Hay cuatro puertos USB-C en la computadora portátil Framework. Todos estos puertos se pueden utilizar como puertos de carga, USB3, DisplayPort o Thunderbolt 3. Esto es posible en parte porque, bueno, no hay otros puertos en el sistema: estos cuatro puertos son lo que obtienes, excepto el conector para auriculares, y cada puerto tiene asignado un controlador Thunderbolt y PD. Sin embargo, a diferencia de los Macbook, no hay que lidiar con dongles: todos los puertos están profundamente empotrados en la carcasa y se utilizan las llamadas tarjetas de expansión para sus necesidades de puertos. La más simple, la tarjeta de expansión USB-C, simplemente extiende el puerto USB-C al que se conecta; es esencialmente una extensión USB-C pero de alguna manera, del tipo compatible con el estándar; no tiene componentes activos dentro y solo reenvía los pines 1:1, heredando todas las propiedades de los puertos.

Existen otras tarjetas, como HDMI, DisplayPort, USB-A, Ethernet y también tarjetas de expansión de almacenamiento. Como puede imaginar, convocan modos alternativos desde los puertos USB-C a los que están conectados: DisplayPort y HDMI usan el modo alternativo DP, la tarjeta DisplayPort simplemente pasa los pines habilitados para el modo alternativo de alta velocidad y HDMI usa un DisplayPort activo. -Chip convertidor HDMI. El USB-A actúa como un adaptador USB-C macho a USB-A 3.1 hembra, Ethernet se conecta a través de USB3 y las tarjetas de expansión de almacenamiento parecen conectarse también a través de USB3.

Esto resuelve bastantes problemas. Si desea una computadora portátil con una combinación de puertos muy específica, probablemente pueda conseguirla aquí. No es necesario llevar dongles: las tarjetas de expansión son pequeñas y manejables, puede colocar un puñado de ellas en la bolsa de su computadora portátil y solo usar la tarjeta DisplayPort cuando necesite una salida DisplayPort, ya sea USB-C o USB-A. puertos en otros momentos. Si un puerto se rompe, ya no tendrá que reemplazar ni reparar la placa base: cambie la tarjeta de expansión y listo. Ah, y si tiene una computadora portátil más equipada con USB-C, todas sus tarjetas de expansión funcionarán como dongles USB-C en caso de necesidad, siempre que el factor de forma mecánico necesariamente inflexible no sea un problema para usted.

Desde el principio, Framework publicó archivos para que otros desarrollaran sus propias tarjetas de expansión: una plantilla KiCad con números de pieza, una tarjeta de ejemplo con un microcontrolador STM32 y archivos de alojamiento de tarjetas imprimibles. También se comprometieron a apoyar a los desarrolladores de la comunidad financiando la producción de prototipos: el programa del que me he beneficiado, como describí anteriormente. Si bien es posible que un hacker solitario no pueda desarrollar un dispositivo Thunderbolt, aún obtienes una salida de 5 V y un puerto USB 2.0, con capacidad USB 3.0 si te atreves a probar suerte en la adaptación de impedancia. Además, por supuesto, el paso de carga USB-C está disponible siempre que conserve las líneas CC.

Desde entonces, el foro Framework se ha vuelto animado con personas que inventan, discuten, desarrollan y pulen diseños de tarjetas de expansión, ideas que van desde el módem LTE hasta MagSafe. Ya existen algunas tarjetas de origen comunitario, como la tarjeta de carga magnética USB-C, que cualquiera puede ensamblar combinando una carcasa impresa en 3D con componentes de Aliexpress, y la gente la ha estado mejorando. También hay tarjetas para un puerto serie, un miniDisplayPort y un puerto VGA que actualmente está diseñando alguien en Discord; Se están gestando tarjetas como la RP2040 y el USB-C de doble puerto, y es posible que también veamos aparecer algunos diseños inesperados en el futuro. De hecho, ¡había un proyecto comunitario de tarjetas Ethernet mucho antes de que apareciera una tarjeta Ethernet en la tienda Framework!

Lamentablemente, no todos los diseños de tarjetas de expansión impulsados ​​por la comunidad han llegado a producción. No creo que este sea un problema de Framework; más bien, es un problema general de “llevar el hardware del diseño a la realidad”, algo que tuve que resolver por mí mismo, y a veces todavía tengo problemas con ello. De hecho, sería genial ver más tarjetas de expansión impulsadas por la comunidad y, dadas las circunstancias diferentes, los diseños prosperarán.

No todo es perfecto en Framework Land cuando se trata de USB-C. Por ejemplo, las tarjetas de expansión son algo pequeñas, tienen una cierta envoltura térmica y, en la naturaleza, se descubrió que los controladores de las tarjetas de expansión de almacenamiento podrían sobrecalentarse y comenzar a acelerarse, lo que provocaría una caída en el rendimiento de lectura/escritura. Sin embargo, cada computadora portátil Framework viene con un destornillador, y hay una guía sobre cómo darle un buen uso a este destornillador agregando una almohadilla térmica dentro de su tarjeta de almacenamiento, reduciendo el calor un poco y evitando que la tarjeta se acelere. Dicho esto, no es la única tarjeta en la que esto podría ser un problema: la tarjeta LTE impulsada por la comunidad, cada vez que aparece, también podría tener problemas térmicos, solo que no hay mucho espacio mecánicamente.

Todas las tarjetas de expansión, excepto la tarjeta de paso USB-C, son básicamente dispositivos conectados permanentemente y consumen energía. Cada una de esas tarjetas tiene un menú desplegable de 5,1 kΩ en su interior, que es detectado por el controlador Thunderbolt de cada puerto USB-C y hace que el controlador salga del modo de suspensión profunda, habilitando el modo alternativo que solicita la tarjeta. Además, cambia el riel de alimentación interno de 5 V al puerto USB-C, alimentando los componentes internos de la tarjeta. Supongo que ambos factores son los que están causando el consumo de energía relacionado con las tarjetas de expansión que algunas personas informan. Este drenaje fue anulado en su mayor parte, pero no completamente, por las actualizaciones de firmware en algún momento; sin embargo, una parte de ello es inevitable.

La carga USB-C tampoco ha sido perfecta. Hay fuentes de alimentación con las que descubrí que Framework no funcionaría, y tuve que luchar para encontrar una fuente de alimentación USB-C diferente en un momento, cuando pensé que ya tenía una que funcionaba. No es improbable que la culpa fuera de la fuente de alimentación y tampoco actualicé el BIOS, por lo que es muy probable que esté a una actualización de firmware de una mejor compatibilidad. Además, en ciertos lotes de placas base, debido a que un FET en una ruta de carga tenía características diferentes a las diseñadas, la carga de 15 V específicamente no funcionó bien, lo que impidió el uso de ciertos powerbanks y PSU. Dado que el cargador Framework original funciona a 20 V, tiene sentido que se haya pasado por alto este modo de falla. Afortunadamente, puede solicitar un FET de reemplazo, cambiarlo y volver a habilitar la carga de 15 V en el EC; recuerde, el EC tiene firmware de código abierto.

Es divertido hablar de estos problemas, pero son minúsculos cuando se trata del uso diario de los puertos USB-C de Framework. En general, la implementación de USB-C en la computadora portátil Framework es brillante y muchas computadoras portátiles no alcanzan el nivel de funcionalidad que brindan sus puertos USB-C.

El nivel de apertura cuando se habla de decisiones de diseño y fallas tampoco tiene paralelo: ninguna otra compañía de portátiles le habría mostrado dónde agregar una almohadilla térmica o le habría dado un número de pieza de FET para sustituir un FET deficiente en su placa base cuando su USB -La carga C es situacionalmente no funcional; y mucho menos publicar esquemas parciales e información de conectores para la comunidad de bricolaje. Es realmente impresionante presenciar el ecosistema de Framework impulsado por USB-C, y no puedo esperar a ver lo que aporta, tanto para la base de usuarios de Framework como para influir indirectamente en las decisiones de diseño de otras computadoras portátiles y dispositivos al hacer las cosas bien. y aprovechando la variedad de modos USB-C.