Magnetické USB-C konektory

24.09 | 19:22 | Mirecove dristy | Miroslav Bendík

Od kedy mám notebook s nabíjaním len cez USB-C, znervózňuje ma vysoká pravdepodobnosť zničenia konektoru napríklad v dôsledku zakopnutia o kábel. Problém som sa pokúsil vyriešiť magnetickým konektorom.

Pár slov k USB

Jeden konektor vládne všetkým, jeden konektor všetkým káže, jeden všetkých privedie, do temnoty zviaže.

Štandard Universal Serial Bus (USB) vznikol ako jednoduchý protokol a fyzická špecifikácia rozhrania, ktoré umožnilo pripojiť rôzne pomalé zariadenia. Medzitým prešlo 26 rokov a dnešný štandard USB sa dá nazvať skutočne univerzálnym rozhraním. Aspoň na papieri :)

Pod pojmom USB si môžme predstaviť rôzne veci, napríklad fyzický konektor USB-C, alebo štandard prenosu údajov USB 3.0. Prítomnosť konektoru USB-C negarantuje, že zariadenie zvláda prenos USB 3.0, dokonca negarantuje ani to, že zariadenie zvláda akýkoľvek prenos údajov. USB-C je len fyzická forma, ktorá môže mať implementovaný napríklad Thunderbolt protokol, alebo len nabíjanie.

USB port na zariadení môže podporovať rôznu škálu režimov, či už je to vyvedené PCIE rozhranie, thunderbolt, displayport, HDMI, VirtualLink, analógový audio výstup

Okrem prenosu dát má USB podporu napájania, čo bola kľúčová vlastnosť, ktorú prinieslo USB oproti iným štandardom prenosu dát. Táto malá drobnosť umožnila rýchly rozvoj USB flash diskov a rôznych zariadení, ktoré nemajú vysoký príkon. Situáciu zmenil až štandard USB Power Delivery, ktorý umožňuje dodávať do 240 W elektrickej energie.

Hurá, ide sa šetriť životné prostredie

Nepatrím k ľuďom, ktorí by nadávali na nariadenia EU. Dokonca si myslím, že mnoho z nich sa po určitom čase ukázalo ako veľmi užitočné. Ako je to teda s povinnosťou nabíjať zariadenia cez USB-C?

V prvom rade by EU chcela redukovať množstvo predávaných nabíjačiek. Jednou z možných ciest je zjednotenie nabíjania zariadení. Jednotný štandard nabíjačiek (USB-A) u nás máme už pomerne dlho. Prestali sa predávať mobilné telefóny s nabíjačkou v balení? Myslím, že ani nie …

EU teda schválila, že všetky mobilné telefóny, tablety a notebooky budeme nabíjať maličkým konektorom s 24 pinmi, so šírkou 0,25 mm v rozostupe 0,5 mm. Pri všetkej úcte k dizajnérom USB-C konektoru (a tu by som chcel zdôrazniť, že po mechanickej stránke je navrhnutý veľmi dobre) si myslím, že životnosť konektoru je výrazne nižšia než životnosť notebooku. Pozrime sa na dnešok … ráno som vstal pripojil som notebook na dokovaciu stanicu (1), chvíľu som robil a potom som sa s notebookom presunul na iné miesto a pripojil zdroj (2), potom sa zase presunul k bežeckému pásu, pripojil notebook k druhej dokovacej stanici a chvíľu pracoval tam (3), medzitým je pekné počasie, presunul som sa s notebookom na záhradu a pripojil zdroj (4) a to ešte nie je záver dňa. Dokopy tak v priemere pripájam notebook asi 5x, do roka je to 1 825 x a notebook používam aj 10 rokov - 18 250 x.

Čo by som teda zmenil? V prvom rade by pri notebookoch mal byť USB-C konektor na samostatnej doske (inak takto to rieši Apple). Ja mám priamo na doske, takže také zakopnutie o USB kábel znamená viac-menej výmenu matičnej dosky.

Zároveň som v minulosti kupoval viac zdrojov k notebooku. Jednoducho bývam s mačkami a stalo sa mi, že prehrýzli kábel. Mimochodom zdroje k notebookom nemajú žiadne skrutky a je veľmi ťažké ich rozobrať bez toho, aby sa polámali plasty. Keby som chcel niečo výrobcom nariadiť, tak by to boli asi rozoberateľné zdroje a dostupnosť náhradných káblov. Prípadne povinný konektor USB A, takže kábel by sa dal kdekoľvek kúpiť. No nič, takto zase ak mi niekto prehryzie kábel, budem musieť meniť celý zdroj.

USB-C

Samotný konektor USB-C je navrhnutý veľmi šikovne. Všetci si pamätáme šialenosti typu mini USB, ktoré sa bežne pokazili až po ťažko dosiahnuteľných 100 pripojeniach. Konektor USB-C by mal zvládnuť údajne až 10 000 pripojení.

Nemám problém uveriť dolnému limitu 10 000. Jednoducho konektor na zariadení je navrhnutý veľmi robustne. Kábel je naopak náchylnejší na poruchu, čo bolo aj zámerom tvorcov štandardu. Jednoducho je lepšie navrhnúť robustnejšie konektor, ktorý musí prežiť celú životnosť zariadenia na úkor kábla, ktorý sa dá ľahko vymeniť. Ehm spomínal som nevymeniteľný kábel na zdroji notebooku?

Konektor môže byť navrhnutý na 10 000 pripojení, ale v tom čísle nie je zahrnutá rôzna manipulácia napríklad keď mám notebook na kolenách stále ho niekam presúvam a aj keď kábel neodpájam tak sa v konektore mierne posúva. Reálne sa teda môže opotrebovať aj bez odpájania, nehovoriac o riziku zakopnutia o kábel.

USB-C
Obrázok 1: USB-C

Pozrime sa ešte trochu na dizajn konektora. Ten nemá žiadne pružiny ani iné mechanické prvky náchylné na pokazenie. Naopak kábel by mal obsahovať pružné časti, ktoré zabezpečujú napríklad retenciu po zasunutí do konektoru (pružina tam spôsobí taký jemný zvuk, ktorý niektorí označujú ako „click“).

Schéma USB-C
Obrázok 2: Schéma USB-C

Ďalšou zaujímavosťou je dĺžka pinov. Celkovo je 8 pinov dlhších než ostatné. Sú to piny určené pre power delivery, teda napájanie zariadenia. Znamená to, že pri pripojení najskôr začne zariadenie odoberať prúd a až potom môže posielať dáta. Pri odpájaní je to opačne, teda najskôr sú prerušené dáta a neskôr napájanie.

Magnetické konektory - záchrana, či zničenie konektoru?

Na trhu existuje množstvo magnetických USB-C konektorov. Na začiatok zdôrazním, že všetky porušujú špecifikáciu a všetky, ktoré som videl sú nebezpečné a môžu zničiť matičnú dosku.

Tak, varovanie by sme mali za sebou. Použitie magnetického konektoru skutočne môže spôsobiť požiar, alebo napríklad zničiť matičnú dosku. Dôležitejšie je skôr, či je riziko väčšie pri priamom pripojení kábla s rizikom zničenia napríklad zakopnutím, alebo použitím magnetického konektoru.

Na trhu sú rôzne dizajny konektorov s rôznymi potenciálnymi problémami. Niektoré problémy sú zdieľané medzi všetkými produktmi a na tie rozoberiem najskôr.

Poradie pinov pri pripojení / odpojení

Konektor je navrhnutý tak, aby sa najskôr pripájali / odpájali piny zabezpečujúce napájanie. Za bežných okolností by som povedal, že je úplne jedno ktorý typ vodičov sa rozpojí skôr. K zničeniu zariadenia by nemalo dôjsť (nakoniec keby sa to dialo bežne tak obyčajný prelomený kábel by mohol zničiť zariadenie). Lenže potom som tak hľadal informácie a zistil som, že čipy, ktoré obsluhujú USB / Thunderbolt majú rôzne softvérové vady vďaka ktorým si nechtiac odpália flash pamäť a je nutná výmena čipu alebo skôr matičnej dosky.

Skrat

Všetky konektory, ktoré som videl majú do určitej miery vyriešenú ochranu, aby sa power delivery vodič (ktorý môže mať napätie aj 48V) nespojil s dátovým vodičom. Riziko spočíva skôr v silných neodymových magnetoch, ktoré môžu pritiahnuť rôzne malé kovové predmety, alebo piliny. Tie sa dostanú medzi power delivery pin a dátový pin a katastrofa je hotová.

Prehrievanie / požiar

Všetky magnetické konektory majú menšiu styčnú plochu a menej spoľahlivé spojenie než priamo pripojený kábel. V niektorých prípadoch to môže viesť k zahrievaniu, či dokonca požiaru.

Pogo piny

Veľké množstvo konektorov používa takzvané pogo piny, čo je systém známy napríklad z magsafe konektorov na macbookoch. Ide o veľmi spoľahlivý a elegantný spôsob spojenia používaný kedysi napríklad v superpočítačoch Cray.

Konektor s pogo pinmi
Konektor s pogo pinmi 2
Obrázok 3: Konektor s pogo pinmi dostupný na amazone

Konektor je navrhnutý pomerne bezpečne. Môžte si všimnúť dokonca, že väčšie piny (ktoré sú použité pre napájanie) majú medzi sebou plastovú priehradku. Určité nebezpečenstvo predstavujú nechránené piny citlivé na statický výboj. Potom sa stačí už len nechtiac priblížiť ku konektoru a matičná doska je zničená.

Piny vo vnútri konektoru

Problémy so statickým nábojom riešia konektory, ktoré majú piny vo vnútri. Okolo nich býva kovová magnetická časť spojená s uzemnením.

Piny vo vnútri konektoru
Piny vo vnútri konektoru 2
Obrázok 4: Konektor s pinmi vo vnútri konektoru dostupný na amazone

Na prvý pohľad to vyzerá spoľahlivo a robustne. Problémom je, že konektor sa vďaka pomerne silným magnetom pripája do konektoru s veľkou kinetickou energiou. V tom prípade stačí, že je konektor pod trocha zlým uhlom a stredná plastová časť namiesto zaskočenia do medzery narazí niekde o okraj. Po niekoľkých nárazoch sa zvykne stredná časť zlomiť. Po zlomení strednej časti už piny nič nebude držať a ohnú sa viac-menej náhodným spôsobom. Tu je pár odstrašujúcich fotografií od používateľov:

Zlomené piny
Zlomené piny 2
Zlomené piny 3
Zlomené piny

Bezpečnejší dizajn?

Pomerne bezpečný dizajn som objavil prekvapujúco na alze pod vlastnou značkou. Prípadných záujemcov upozorňujem, že alzácky kábel nie je plne zapojený a nie je vhodný na pripojenie dokovacej stanice, či monitoru. Našiel som konektor s rovnakým dizajnom, ale plne zapojený na amazone. Medzi recenziami som nenašiel žiadnu zmienku o zničených zdrojoch, alebo matičných doskách, takže si pár kúskov kúpil (kvôli poštovnému z aliexpresu, ale bol to presne tento typ).

Balenie
Balenie

Zásielka prišla približne za 2 týždne v malej krabičke, ktorá bola zabalená v bublinkovej obálke.

Obsah balenia
Obsah balenia

Okrem samotného konektoru sú v balení 2 prekvapenia. Tým prvým je návod. Pravdu povediac nečakal by som návod pri obyčajnom magnetickom konektore. V zásade je v návode opísaný spôsob odpájania kábla (nič zložité, jednoducho sú tam silné magnety, takže sa odpája odklopením zboku, inak by sa vytiahol celý konektor) a upozornenie, že treba dávať pozor na magnetické piliny, ktoré môže magnet pritiahnuť. Druhým prekvapením je kefka určená práve na odstránenie rôznej magnetickej špiny. Prvý dojem je rozhodne pozitívny.

Konektor
Konektor

Konektor je z kombinácie kovov a plastu. Vonkajšia časť je hliníkova s modrou LED, ktorá svieti len ak zariadenie odoberá elektrickú energiu.

Detail pinov
Detail pinov
Detail pinov

Spojenie je spoľahlivé či už s nabíjačkou, alebo s dokovacou stanicou. Nezaznamenal som pri dokovacej stanici žiadne ďalšie problémy oproti priamemu spojeniu s káblom (klamal by som keby som tvrdil, že žiadne problémy nie sú, jednoducho dokovacie stanice fungujú dosť zle bez ohľadu na to, či sú pripojené priamo alebo nie, ale to je softvérový problém).

Používanie
Používanie
Použitie konektoru

Napriek upozorneniu výrobcu som nezaznamenal absolútne žiadne zahrievanie, ale môj notebook patrí medzi tie úspornejšie. Pri maximálnom podporovanom výkone (100 W) už môže byť situácia iná.

Nakoniec by som k výhodám zaradil 90° uhol voči pôvodnému smeru kábla, takže namiesto z boku trčiaceho kábla ide teraz pekne dozadu a neprekáža pri manipulácii.

Celkovo tento typ konektorov hodnotím zatiaľ veľmi kladne. Či som sa nemýlil ukáže až čas.

Prílohy



    • RE: Magnetické USB-C konektory 25.09 | 01:16
      Avatar Pavel Q4OS KDE  Administrátor

      Mirec klobúk dole za tvoje obsiahle blogy :-) Pár mesiacov dozadu som pozeral na YouTube bežné magnetické konektory na nabíjanie mobilov v jednej recenzii a celkom rozdiely výrobca a výrobca, paradoxne tie od Alzy chlap celkom chválil.

    • RE: Magnetické USB-C konektory 25.09 | 16:03
      Avatar Branislav Poldauf Manjaro, Debian stable  Používateľ

      super informatívny blog, dík

      BTW ja používam na mobilné zariadenia toto: https://www.aliexpress.com/item/4001136641058.html?spm=a2g0o.order_list.0.0.4e721802DYk7FH

      mám to na BT slúchadlách, wacom tablete, nabíjateľnej myške, BT zvukovke, Oculuse, kindle, powerbankoch, nabíjačke na baterky (bola usb c), .... všade okrem mobilu (ten ma bezdrôtové nabíjanie)

      mám priame aj 90 stupňové káble, krátke aj 3m, usbc aj micro usb koncovky

      a neviem si to vynachváliť, zatiaľ som nemal problém s nabíjaním ani prenosom dát (netestoval som vyššie prenosové rýchlosti ani nabíjanie vyšším prúdom ako 15W)

      Linux: the operating system with a CLUE... Command Line User Environment
      • RE: Magnetické USB-C konektory 28.09 | 19:38
        Avatar Miroslav Bendík Gentoo  Administrátor

        Ja používam na mobile a čítačke (kindle) magnetický kábel z aliexpresu s pogo pinmi. Má to nevýhodu, že pri zapojení opačne nefungujú dáta (vtedy sú prehodené dátové piny, ale nabíjanie funguje). Viac-menej som to kúpil kvôli tomu, že mi na kindli pomaly prestával fungovať konektor (mikro USB má niekedy blbú životnosť).

        • RE: Magnetické USB-C konektory 29.09 | 08:23
          Avatar Branislav Poldauf Manjaro, Debian stable  Používateľ

          môj hlavný dôvod bola tiež obava o staršie microusb konektory a to že ma nebavilo mať všade 2 káble (c+micro) a takto mámvšeade jeden magnetický a nemusím špekulovať

           + som chcel niečo aby som sa nemusel báť mať pripojený oculus k powerbanke počas používania - aby som nevytrhol/nezalomil konektor)

          a zapáčilo sa mi to tak že to používam všade + tie čo ja mám sa dajú otáčať s stále fungujú

          Linux: the operating system with a CLUE... Command Line User Environment
    • RE: Magnetické USB-C konektory 28.09 | 14:02
      Avatar bluesundown   Používateľ

      jedina nevyhoda ze ked ma clovek dockinu, musi mat 2 magneticke ciciky. Pchat adapter do dzindzika vedla sietovky neviem ci je rozumne.

      • RE: Magnetické USB-C konektory 28.09 | 16:05
        Avatar Pavel Q4OS KDE  Administrátor

        Dva cicíky a jeden dzindzík, to určite nerobí dobrotu :-)

      • RE: Magnetické USB-C konektory 28.09 | 18:57
        Avatar Miroslav Bendík Gentoo  Administrátor

        Ja som ich kúpil hneď 3 :) Nevidím však nejaký veľký problém pchať do vedľajšieho USB-C pri ethernete. Vyzerá síce trochu neštandardne ale funguje identicky.

        • RE: Magnetické USB-C konektory 28.09 | 19:00
          Avatar Miroslav Bendík Gentoo  Administrátor

          Ak by sa niekto divil prečo 3 tak mám 2 dockiny (lebo mám 2 pracovné stoly, jeden klasický na sedenie a druhý nad bežeckým pásom + robievam aj priamo s notebookom na kolenách napríklad na záhrade).

    • RE: Magnetické USB-C konektory 06.10 | 16:45
      Avatar redhawk1975 Windows 11  Používateľ

      pekne.

      Ja mam a pouzivam Alza power.

      mam USB-C aj microUSB