解開任天堂Switch變磚的原因:可能都是副廠底座惹的禍

自從任天堂2017年3月份推出Switch遊戲機以來,就一直有傳出一些關於遊戲機變磚的客訴。大量的遊戲玩家和工程師就這個問題進行了分析,並且歸納出來幾點結論。雖然不見能夠涵蓋所有的可能,但也值得做為參考。其中,有很多可能都跟用了副廠配件導致電力出了問題有關(因為對主機進行破解而被官方禁封的機器不在本文討論範圍)。

為了讓大家對這個問題更清晰,我們先來對Switch在故障後的問題進行分類:

  • 螢幕徹底變黑,或者卡在開機logo。
  • 完全無法充電,或只有Type-C接口「固定的一面」插入才能充電,但遊戲可以正常執行。
  • 可以充電也可以跑遊戲,但是無法轉到大螢幕顯示。

以上是三種常見的switch故障,其背後的真實原因是什麼?讓我們來詳細分析。

首先讓我們來看看USB-C接口的結構:

USB-C接口的結構

USB-C接口每一個接腳的作用

從上圖我們可以看出,USB-C接口內部的接觸pin比傳統的USB-A要密集,當公頭和母座結合在一起的時候,用久了可能會導致相鄰的pin發生短路。一旦發生這種情況,最有可能導致系統損壞的是上圖用紅色標記出來的VBUS,因為VBUS最高可達20V,跟4個VBUS pin相鄰的信號,一共有8個,分別是A3/A5/A8/A9和B3/B5/B8/B10。

這8個信號可以分為三組:

  • 第一組,A8/B8,為視訊信號輔助通道接入到視訊處理器的輔助通道。
  • 第二組,A5/B5,為USB-C接口的CC信號控制通道,在Switch遊戲機中接到內部的接口控制晶片M92T36
  • 第三組,A3/10/B3/B10,這組信號為高速音訊頻信號傳輸通道,介入到Switch內部的視頻處理器高速信號通道。

這三組信號,如果被短路到VBUS,而且VBUS剛好處在15V狀態,那麼將會分別對應開篇所述的三種故障。第一組被燒壞後,內部視訊晶片失效,徹底黑螢幕,或者卡logo,這種情況其實充電還是正常的。第二組被燒壞後,內部M92T36失效或者半失效,無法充電,由於進入視訊放大到電視也要依靠M92T36進行USB PD通信,因此這種情況下也會失效。 



第三組被燒壞後,由於輸出的dp視訊跟內建顯示螢幕的輸出通道是分開的,有可能只是燒壞視訊輸出功能,掌機模式仍然不受影響。

為了避免USB-C口所固有的這種問題,任天堂其實做了很大的努力。任天堂原廠所提供跟USB-C接口有關的Switch配件有兩個,一個是充電頭,一個是Docking。

我們來先看看簡單的充電頭,這個充電頭的特點是,線與頭是一體的。這種設計的好處是,避免了充電頭那端一個C公頭和一個C母座接觸帶來的短路風險。等於是比普通的充電頭,兩端都要進行C公和C母連接的方式,降低了一半的風險。 


僅一端需要插入的USB-C適配器降低了一半的插入損壞風險

我們再來看看Docking。任天堂原裝Docking的封閉結構曾經讓很多人吐槽,覺得是塊大磚頭。但是這塊大磚頭,恰好解決了可能的因為引力帶來USB-C接口短路的風險。插入原裝Docking後,Switch主機被完全限制住,不可能對USB-C接口產生橫向應力。從而避免了短路情況的發生。

而第三方配件最容易導致變磚的,就是底座形式的Docking。很多商家模仿了原裝底座,自作聰明的進行了非常多的簡化,最後的底座簡潔到似乎只剩一個USB-C公頭。雖然一樣做了避免左右方向應力的限位結構,但是,過短的支撐架會像槓桿那樣把縱向應力轉換為橫向應力。特別是當主機在底座上,使用者把手柄再插上來的時候。由於不像原裝底座那樣,擁有全尺寸支撐架,縱向插入手柄的力量,在支撐架的槓桿效應下,對USB-C接口產生很大的橫嚮應力。災難往往就這樣發生了。據說其中一家底座公司甚至因此在美國給告上了法庭。


無橫向應力保護結構的Docking

以上所述三個原因,都涉及到物理結構,是VBUS通過與旁邊的pin短路燒壞了Switch主機。

那麼,有沒有可能透過VBUS這個pin本身,把Switch主機燒掉呢?答案是有可能。但是,問題不出在插入充電器進行充電的應用場景。

因為Switch主機的VBUS通路的輸入耐壓值,是按照20伏來設計的,所以,即使電源供應器上的協議失效,直接把20V接入到VBUS,只會導致充電暫停,卻不會損壞主機。真正會因為VBUS燒壞Switch的可能,仍然是Docking的供電協議控制。

由於USB-C接口具有雙向供電特性,所以,當Docking只接了switch主機,沒有接電源供應器的時候,Switch主機會往Docking輸出5V電壓,以支援遊戲控制手柄或者是外接網卡等配件的使用。這個時候,VBUS上暴露出來的,不是輸入通道,而是輸出通道。這個5V輸出的耐壓值計算,不是20V,而是真實的5V系統的耐壓。

因此,如果Docking不符合USB-C協議的規定,在Switch主機處於5V輸出狀態的時候,把20V電壓灌入進去。問題將會相當嚴重,因為5V系統甚至可以影響到CPU的供電,直接燒壞CPU,導致完全無法修復的結果。這類問題屬於Docking產品設計中的嚴重問題。主要原因是出在內部使用的USB PD協議控制晶片的選擇上。為了讓系統更為穩定,推薦使用通過USB-IF認證的晶片系列,這類晶片至少通過了協會指定的4套專業儀器測試,可以確保控制邏輯的安全性,例如LDR6282等。

除了第三方Docking造成的問題外,消費者在實際使用Switch過程中要注意些什麼問題來避免出現變磚呢?很顯然,最主要的就是避免橫向應力的產生。USB-C接口在設計上為了讓連接更為穩固,內部做了結構上的咬合設計。所以,插入和拔出的時候,都會讓人覺得需要用一些力氣。很多消費者在發現接口連接比較緊的時候,都會嘗試左右搖擺。這正是USB-C口使用過程中的大忌。

多次搖動後,橫向應力可能導致接口內部的pin及其旁邊的絕緣結構發生鬆動,構成潛在的短路風險。當然,隨著usb-c接口的普及。大多數的設備都已經對VBUS旁邊的pin進行了20V耐壓設計,不再像Switch那樣容易損壞了。相信下一代的Switch也已經選用了耐壓值更高的USB-C接口控制晶片,以提高系統的可靠性。  

 

使用 Facebook 留言

發表回應

謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則