Док станция / KVM свитч для ноутбука и ПК. Обман с характеристиками и доработка зарядки.

Начну наверное с описания своего сетапа, чтобы понимать требования для док станции:

• Ноутбук для работы, который периодически надо иметь возможность отсоединить и взять с собой — по этому желательно подключение одним type-c кабелем.
• Игровой ПК.
• Монитор с DisplayPort, клавиатура и мышь — которые переключаются между ноутом и пк по необходимости.

Для монитора критично подключение по Display Port, т.к. только через него работают всякие фичи типа FreeSync и HDR.

Не смотря на казалось бы очевидную комбинацию Ноут + ПК, несколько лет назад не смог найти KVM свича сразу с таким набором портов. Варианты были либо Display Port KVM свич + док/переходник с type-c, либо же наоборот док/kvm с двумя type-c, и тогда нужен еще более нишевый девайс типа USB-C Combiner чтобы сделать для ПК выход type-c c дисплей портом.

Недавно же обновил ноутбук на более современный и обнаружил что он больше не хочет заряжаться от моего текущего дока, рассчитанного на 65W. Штатный блок питания USB-C PD 140W, проверил что и от 100Вт тоже работает, только при максимальной нагрузке начинает сажать аккум. Но длительная максимальная нагрузка редкий кейс, по этому и со 100Вт можно жить.

Побродив по просторам китайских магазинов оказалось что таки появились искомые модели с комбинации KVM c входами Type-c и DP+USB и выходом на DP. А некоторые еще и с зарядкой обещанной на 100Вт, что вообще идеально укладывается в мои требования. Варианта на 140Вт не попалось.

Заказал модель SW523P, видимо P у них означает Power, т.к. есть аналогичная модель где указано что нет зарядки без буквы P.

Получил в итоге этого красавца

Но уже в момент распаковки закрались смутные сомнения когда достал комплектный блок питания.

Он встретил меня приятным финишным покрытием корпуса, но подозрительной компактностью и легкостью. Первая мысль — может какой-то модный GaN — была быстро развеяна характеристиками на обратной стороне.
20V 3.6A = 72Вт — тяжело будет ему обеспечить 100Вт зарядку по PD.

Ну да ладно, аналогичный БПшник на 20V и 6A у меня уже был, если сам док поддерживает нужный профиль, то не велика беда.
Но не тут то было, ноут по прежнему отказывался заряжаться, а usb тестер говорил что максимальный профиль USB PD 20V@3A = 60W.

Дополнительно проверил с парочкой других кабелей с e-marker'ами до 240Вт — результат такой же, док станция не выдает профили выше.

Написал китайцу в магазин, он утверждает что его продукт точно-точно поддерживает до 100Вт зарядку, но предложил мне купить отдельно БП и он компенсирует его стоимость. Думал может какую прошивку пришлют или еще что, но решения никакого не предложили. Сошлись пока на рефанде в $25.

В остальных же аспектах работает все отлично.

По type-c порту используется 2 линии DP на HBR3 скорости,  8.1Gbps*2 = 16,2Gbps (12.96Gbps), мой 1440p 144Hz монитор на 120Гц без DSC укладывается. БОльшего для рабочих задач и не нужно.
На USB при это остается 10Гбит/с на все остальные порты, но внутри там реализовано так, что один хаб подключен к другому хабу и больше 5Гбит/с на порт не получить.
Вариант 4-lane DP + USB2 — док не поддерживает, только 2-lane DP + USB3.

Со вторым входом для подключения ПК все еще лучше, там полноценно коммутируется все 4 линии дисплей порта, и доступны уже 10Гбит/с на USB порт. Соответственно монитор можно использовать уже хоть 4К со всеми наворотами.

В общем-то отличный вариант под мои требования, если бы не привередливый к зарядке ноутбук и не обманувший производитель.

Решил залезть внутрь, посмотреть с чем имеем дело и можно ли что-то сделать с зарядкой.

Внутри девайса бутерброд из двух плат, на верхней все что касается USB + кардридер и разъем питания с выключателем.

А на нижней плате все что касается USB-C и Display Port'ов. Там же расположен и Power Delivery контроллер с регулируемым DC-DC преобразователем.

Не фото приколхоженные пины уже мое творение во время реверс инжиниринга.

За работу с USB-C тут отвечает контроллер LT8712SX на который есть только небольшое описание функций, но без документации. Он заведует коммуникациями по СС1/СС2 пинам для Power Delivery и переключению в Alt Mode для Display Port, и дальше уже вывод на свич и монитор.

С другой стороны к этому контроллеру подключен PD контроллер IP2723T у которого из датшита не очень понятно какой максимальный ток он может анонсировать, но понятно что он сертифицирован по спекам USB PD3.0, и высоких напряжений из EPR ждать не приходится, а значит остается только пытаться в 20V@5A профиль. 
Т.е. контроллер прошел сертификацию, то он скорее всего ожидает наличие e-marker для того чтобы выдать 5 Ампер. Нашел где на плате проходит линия CC1 от LT8712SX до IP2723T, разрезал ее и сделал там вывод под перемычку. Плюс на IP2723T даже не был выведен CC2 сигнал, подпаял его тоже для теста.

Подкидываю туда кабель с E-Marker'ом, и ура, на выходе появляется профиль на 5А. 
Причем со стороны LT8712 тоже проверяется E-Marker, без него выдаст максимум 3А, что ожидаемо.
Под нож пошел один из кабелей, как на зло с первого раза не угадал с какого конца чип, пришлось срезать и второй.

Освободив e-marker чип подкидываю его на плату.

И пробую как все это дело будет работать. Пробую на самом деле чисто на удачу, т.к. имеющийся на плате DC-DC преобразователь не внушает оптимизма.

Построен на микросхеме MT3935 с интегрированным ключом. Даташит обещает

4A continuous output current (5A Peak)
Support 100% duty cycle Low Dropout Operation

И судя по тому что напряжение на выходе менялось вместе с изменением напряжение на входе — как раз активируется этот 100% duty cycle, была надежда что он просто будет открыт и потерь не будет и сможет переварить 5А.
Но на деле все оказалось весьма нестабильно, свистел и передел и периодически тупо сбрасывал питание, даже не смотря на замкнутый шунт. 

Добавил электролит на выход, стало чуть стабильнее, и вроде бы 84 градуса не прям криминал, но все равно через раз ноут решал что ему питание почему-то не нравится.

В итоге решил пойти другим путем и тупо игнорировать всю схему встроенного БП добавить сторонний модуль PD преобразователя. Под рукой был вот такой PD модуль на заявленные 140Вт

Ему также чтобы выдавать больше 3 Ампер нужно почуять E-Marker. Снимаю с него лишнее, подкидываю чип, и для теста собираю.

И с этим преобразователем уже все работает как часы, и температурный режим куда лучше.

Весь бутерброд аккурат влезает в корпус, немного зафиксировал термосоплями, и добавил термопрокладок для отвода на металлический корпус. Становится в корпусе хорошо, даже если термосопли размякнут от температуры, то никуда не денется.

И что особенно интересно модуль анонсирует что он может даже 7А выдать, не смотря на то, что E-Marker точно читался как 5А кабель.

Но ноут 7А не хочет брать, для 140Вт ему нужно 28 Вольт, а с 20В только 100Вт, но на это в общем-то и был расчет.

USB тестер KWS-X1 не смог в Alt Mod DP, а вот FNC88 без проблем, и картинку на мониторе и усб.

Самое слабое звено под нагрузкой оказался круглый коннектор питания. На XT30 чтоль переделать )