干货!从电路设计分析任天堂Switch变砖的原因
发布时间:2019-08-13
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干货!从电路设计分析任天堂Switch变砖的原因
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任天堂的Switch游戏机可以说是有史以来最好的掌机之一,但是同样也存在一个致命的问题,很多用户都投诉游戏变砖的情况。一直以来,大量的游戏玩家和工程师也就这个问题进行了分析。

C-FORCE作为全球首个推出Switch第三方beplay体育ios怎么用扩展配件的厂商,亲历整个事件的发展历程,特就这个问题与大家进行深入的探讨(因为对主机进行破解而被官方禁封的机器不在本文讨论范围)。

为了让大家都这个问题更清晰,我们先来对Switch在故障后的问题进行分类:

1、彻底黑屏,或者卡在开机logo。

2、完全无法充电,或只有C口固定的一面才能充电,但游戏正常运行。

3、可以充电也可以运行游戏,但是无法扩展到大屏显示。

以上是三种常见的switch故障,其背后的真实原因是什么,让我们来详细分析。

首先让我们来看看USB Type-C接口的物理结构:


USB Type-C接口的物理结构


USB Type-C接口的逻辑结构

从图一我们可以看出,USB Type-C接口内部的接触pin比传统的USB-A口要密集,当公头和母座结合在一起的时候,相互之间的横向应力,可能会导致相邻的pin发生短路。

一旦发生这种情况,最有可能导致系统损坏的是图2用红色标记出来的VBUS,因为VBUS最高可达20V,跟4个VBUS pin相邻的信号,一共有8个,分别是A3/A5/A8/A9和B3/B5/B8/B10,这8个信号可以分为三组。

第一组,A8/B8,为beplay体育ios怎么用信号辅助通道接入到beplay体育ios怎么用处理器的辅助通道。

第二组,A5/B5,为USB Type-C接口的CC信号控制通道,在Switch游戏机中接到内部的接口控制芯片M92T36。

第三组,A3/10/B3/B10,这组信号为高速音beplay体育ios怎么用信号传输通道,介入到Switch内部的beplay体育ios怎么用处理器高速信号通道。

这三组信号,如果被短路到VBUS,而且VBUS刚好处在15V状态,那么将会分别对应开篇所述的三种故障。

第一组被烧坏后,内部beplay体育ios怎么用芯片失效,彻底黑屏,或者卡logo,这种情况其实充电还是正常的。

第二组被烧坏后,内部M92T36失效或者半失效,无法充电,由于进入beplay体育ios怎么用扩展也要依靠M92T36进行USB PD通信,因此这种情况下beplay体育ios怎么用扩展也会失效。


Switch内部MT92T36芯片出现高压烧坏

第三组被烧坏后,由于输出的DPbeplay体育ios怎么用跟内置显示屏的输出通道是分开的,有可能只是烧坏beplay体育ios怎么用输出功能,掌机模式仍然不受影响。

为了避免USB Type-C口所固有的这种问题,任天堂其实做了很大的努力。任天堂所提供的跟USB Type-C接口有关的Switch配件有两个,一个是充电头,一个是Docking。

我们来先看看简单的充电头,这个充电头的特点是,线与头是一体的。这种设计的好处是,避免了充电头那端一个C公头和一个C母座接触带来的短路风险。等于是比普通的充电头,两端都要进行C公和C母连接的方式,降低了一半的风险。


仅一端需要插入的USB Type-C适配器降低了一半的插入损坏风险

我们再来看看Docking。任天堂原装Docking的封闭结构曾经让很多人吐槽,觉得是块大砖头,但是这块大砖头,恰好解决了可能的因为引力带来USB Type-C接口短路的风险。

插入原装Docking后,Switch主机被完全限制住,不可能对USB Type-C接口产生横向应力,从而避免了短路情况的发生。

第三方配件,最容易导致变砖的,就是底座形式的Docking。

很多商家模仿了原装底座,自作聪明的进行了非常多的简化,最后的底座简洁到似乎只剩一个USB Type-C公头。虽然一样做了避免左右方向应力的限位结构,但是,过短的支撑架会像杠杆那样把纵向应力转换为横向应力。

特别是当主机在底座上,使用者把手柄再插上来的时候。由于不像原装底座那样,拥有全尺寸支撑架,纵向插入手柄的力量,在支撑架的杠杆效应下,对USB Type-C接口产生很大的横向应力。灾难往往就这样发生了。

据说其中一家底座公司甚至因此在美国给告上了法庭。


无横向应力保护结构的Docking

以上所述三个原因,都涉及到物理结构,是VBUS通过与旁边的pin短路烧坏了Switch主机。那么有没有可能通过VBUS这个pin本身,把Switch主机烧掉呢?

答案是有可能。但是,问题不出在插入充电器进行充电的应用场景。

因为Switch主机的VBUS通路的输入耐压值,是按照20伏来设计的,所以,即使电源适配器上的协议失效,直接把20V接入到VBUS,只会导致充电暂停,却不会损坏主机。真正会通过VBUS烧坏Switch的应用场景,仍然是Docking的供电协议控制。

由于USB Type-C接口具有双向供电特性,所以,当Docking只接了Switch主机,没有接电源适配器的时候,Switch主机会往Docking输出5V电压,以支持游戏控制手柄或者是外接网卡等配件的使用。

这个时候,VBUS上暴露出来的,不是输入通道,而是输出通道。这个5V输出的耐压值计算,不是20V,而是真实的5V系统的耐压。

如果Docking不符合USB Type-C协议的规定,在Switch主机处于5V输出状态的时候,把20V电压灌入进去。问题将会相当严重,因为5V系统甚至可以影响到CPU的供电,直接烧坏CPU,导致完全无法修复的结果。这类问题属于Docking产品设计中的严重问题。

来源:充电头

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