USB Insight Hub : เครื่องมือโอเพ่นซอร์สสำหรับทดสอบ USB ที่ใช้ ESP32-S2

USB Insight Hub เป็นเครื่องมือทดสอบ USB ที่ผลิตโดยบริษัท Aerio Solutions SAS ในประเทศเอกวาดอร์ ที่ใช้ ESP32-S2 ซึ่งเป็นชิป SoC ที่รองรับการเชื่อมต่อไร้สาย อุปกรณ์นี้ถูกออกแบบมาสำหรับนักพัฒนาและผู้ที่สนใจเทคโนโลยี

Insight Hub เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ต USB Type-C และมีพอร์ตขยายปลายทาง (downstream ports) อีกสามพอร์ต แต่ละพอร์ตมาพร้อมกับจอแสดงผลสีขนาด 1.3 นิ้ว ซึ่งจะแสดงข้อมูลของอุปกรณ์เชื่อมต่อ เช่น ชื่อที่กำหนดให้ (enumeration name), แรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า ชื่อที่แสดงบนหน้าจอนี้ช่วยให้ง่ายต่อการระบุพอร์ตเสมือนทั้งหมดที่กำลังใช้งานผ่าน Insight Hub ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายตัวพร้อมกัน

แม้ว่า Insight Hub จะใช้ชิป SoC ที่รองรับ Wi-Fi แต่ขณะนี้ยังไม่รองรับการเชื่อมต่อแบบไร้สาย แต่ละพอร์ต downstream ยังติดตั้งมิเตอร์วัดแรงดันไฟและกระแสไฟฟ้าเฉพาะสำหรับแสดงผลแบบเรียลไทม์ นอกจากนี้ ฮับยังมีการป้องกันที่ตั้งค่าได้ เช่น การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร, กระแสไฟเกิน, และกระแสไฟย้อนกลับ อีกทั้งยังสามารถควบคุมการเปิด-ปิดของสายข้อมูล D+/D- ของแต่ละพอร์ต downstream เพื่อบังคับให้มีการกำหนดค่าใหม่ (enumeration) และรองรับการเชื่อมต่อ-ตัดการเชื่อมต่อของพลังงานและข้อมูลของแต่ละพอร์ตได้ ฮับนี้ยังมาพร้อมกับปุ่มเปิด-ปิดพลังงานหลักสำหรับควบคุมพลังงานทั้งหมด

USB Insight Hub อาจจะคล้ายกับ Programmable USB Hub ของ Capable Robot และ Cambrionix PowerPad 15S  แต่ Insight Hub ออกแบบมาแต่ผลิตภัณฑ์นี้ถูกออกแบบมาให้เรียบง่ายและเน้นการเพื่อแก้ไขปัญหาจุกจิกที่สะสมอยู่ในงานทดสอบและพัฒนาอุปกรณ์ USB เรายังเคยกล่าวถึง UM25C USB power meter ซึ่งใช้ตรวจวัดแรงดัน, กระแส, และการใช้พลังงานรวมของอุปกรณ์ USB ด้วย

สเปคของ USB Insight Hub:

• MCU – โมดูล ESP32-S2-MINI-2  พร้อมโปรเซสเซอร์  Espressif ESP32-S2  แบบ Xtensa LX7 single-core ทำงานได้สูงสุดที่ความเร็ว 240 MHz พร้อม SRAM 320KB, ROM 128KB, และการเชื่อมต่อ WiFi 4
• Co-processor – ชิป STMicro STM8S003K3 MCU แบบ 8-bit มีหน่วยความจำแฟลช 8KB, ความเร็ว CPU 16MHz และมี EEPROM ในตัว
• จอแสดงผล – 3x จอสี IPS TFT ขนาด 1.3 นิ้ว ความละเอียด 240×240 มุมมองกว้าง 170° และความสว่าง 250 NITs
• อินเทอร์เฟส USB
  • ควบคุมด้วย Renesas uPD720210 คอนโทรลเลอร์ USB 3.0 แบบ 4 พอร์ต รองรับ Low, Full, High, และ Super Speed USB
  • อินพุต – 1x พอร์ต USB 3.0 Type-C สำหรับข้อมูลและพลังงาน (รองรับสูงสุด 3 A @ 5.5 V)
  • เอาต์พุต – 3 x พอร์ต downstream USB 3.0 Type-A (มีสวิตช์ USB 2.0 D+/D- แยกเฉพาะสำหรับแต่ละพอร์ต)
• ขยาย – คอนเนกเตอร์ STEMMA QT JST SH, 4x IO ในรูปแบบ PCB header
• อื่นๆ
  • 3x ปุ่มสำหรับควบคุมพลังงานและข้อมูล
  •  1x ปุ่มตั้งค่า
  • สวิตซ์เปิด/ปิดระบบ
  • ระยะห่างระหว่างพอร์ต 32 มม. (แนวนอน)
• พลังงาน
  • 1x พอร์ต USB Type-C สำหรับแหล่งจ่ายไฟเสริมรองรับสูงสุด 5A @ 5.5V
  • Microchip PAC1943 เป็นมอนิเตอร์ตรวจวัดพลังงานสำหรับพอร์ต downstream มีความละเอียด 1mA และ 1mV
  • การป้องกันกระแสไฟด้วยฮาร์ดแวร์ผ่านสวิตช์ไฟ AP22653 ที่พอร์ต downstream แต่ละพอร์ต (มีเวลาในการตอบสนองน้อยกว่า 6ms)
  • การป้องกันกระแสเกินและกระแสย้อนแบบซอฟต์แวร์ ที่ตั้งค่าได้ทีละ 1 mA (มีเวลาในการตอบสนองน้อยกว่า 20ms)
  • มีการป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD)
• ขนาด – 110 x 45 x 21 มม.

สำหรับเฟิร์มแวร์/ซอฟต์แวร์ ขณะนี้มีไดรเวอร์สำหรับชิป Renesas uPD720210 ที่รองรับระบบปฏิบัติการ Windows, Linux, และ macOS รวมถึงเฟิร์มแวร์ Arduino สำหรับ ESP32-S2 SoC แอปพลิเคชันเสริมจะทำงานบนคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อเพื่อดึงข้อมูลการกำหนดค่า (enumeration) ของพอร์ต USB มาแสดงบนหน้าจอขนาด 1.3 นิ้ว โดยแอปพลิเคชันนี้มีให้ใช้งานบน Windows แล้ว ส่วนเวอร์ชันสำหรับ Linux และ macOS กำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา

USB Insight Hub เป็นเครื่องมือโอเพ่นซอร์ส โดยมีไฟล์ผังวงจรของฮาร์ดแวร์ (PDF)  ให้ดาวน์โหลดบน GitHub ด้านซอฟต์แวร์จะเผยแพร่หลังจากการจัดระเบียบและปรับปรุง

แคมเปญ USB Insight Hub  กำลังเปิดระดมทุนอยู่บน Crowd Supply โดยมีเป้าหมายการระดมทุนที่ $10,000(~330,000฿) อุปกรณ์นี้มีราคาอยู่ที่ $119(~4,000฿) และมาพร้อมกับเคสอะคริลิก ในชุดยังมีสาย USB Type A-to-C ความยาว 1 เมตรรวมอยู่ด้วย ต้องเพิ่มค่าจัดส่งมายังประเทศไทยอีก $18(~600฿) โดยคาดว่าจะเริ่มจัดส่งได้ภายในวันที่ 10 กรกฎาคม 2025

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : USB Insight Hub is an open-source, ESP32-S2-based tool for testing USB devices (Crowdfunding)