รีวิว USB Vsense เครื่องมือวัดแรงดันไฟ USB PD ขนาดเล็ก

เราได้รับตัวอย่างอุปกรณ์ USB VSense USB PD Voltage Indicator ของบริษัท Meticulous Technologies เพื่อรีวิว ซึ่งเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มาพร้อมพอร์ต USB-C จำนวน 2 พอร์ต และมีไฟ LED แสดงผลแบบใช้สีเพื่อบอกแรงดันไฟที่รองรับ ตั้งแต่ 5V ไปจนถึง 48V ตามข้อกำหนด Extended Power Range (EPR)

ในมินิรีวิวนี้เราจะพูดถึง สเปค, การแกะเครื่อง และทดสอบการทำงานภายใต้หลายสถานการณ์ โดยใช้ร่วมกับอะแดปเตอร์จ่ายไฟ USB-C หลายรุ่น และอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น Raspberry Pi 5 SBC, Radxa Orion O6 mini-ITX motherboard และ ASUS Vivobook 16 laptop

สเปคของ USB Vsense

รองรับมาตรฐาน USB PD EPR ล่าสุด ได้สูงสุด 48V/5A (240 W)
2x พอร์ต USB Type-C – รองรับการส่งผ่านข้อมูล USB 2.0, CC และ SBUS lines; รองรับแรงดันได้ถึง 48V/5A
ช่วงการทำงานและการวัดค่า
- 4.5V ถึง 51V DC
- ATtiny 406 พร้อม ADC 10-bit และแรงดันอ้างอิงภายใน 4.3V ทำให้วัดค่าได้เสถียร ด้วยความละเอียดสูงสุด 22 mV สำหรับแรงดันต่ำกว่า 20V และ 49 mV สำหรับแรงดันระหว่าง 20V ถึง 51V
- LDO เกรดยานยนต์จาก Microchip (รองรับแรงดันอินพุตได้สูงสุด +70V พร้อมการป้องกัน ESD)
ไฟแสดงผล (LED) แบบระบุสี ของ Kingbright (กินไฟต่ำ) สำหรับแรงดันแต่ละระดับ:
- 5V = สีแดง
- 9V = สีส้ม
- 12V = สีเหลือง
- 15V = สีเขียว
- 20V = สีเขียวอ่อน (lime)
- 28V = สีน้ำเงิน
- 36V = สีม่วง
- 48V = สีขาว
- พฤติกรรมของไฟแสดงผล
  - คงที่เมื่ออยู่ในช่วง ±5% ของแรงดันอ้างอิง, กะพริบช้าเมื่อแรงดันต่ำกว่า 5% ของค่าที่ควรจะเป็น, กะพริบเร็วเมื่อแรงดันต่ำกว่า 10% ของค่าที่ควรจะเป็น
  - ถ้าแรงดันสูงกว่า 5% ของแรงดันอ้างอิง แต่ต่ำกว่า 10% ไฟ LED ของแรงดันปัจจุบันจะติดคงที่ และ LED ของแรงดันถัดไปจะกะพริบช้ เช่น: ถ้าแรงดันสูงกว่า 5% ของ 12V แต่ต่ำกว่า 10% → 12V (เหลือง) ติดคงที่ และ 15V (เขียว) กะพริบช้า
  - ถ้าแรงดันสูงกว่า 10% ของแรงดันอ้างอิง แต่ต่ำกว่าค่าเฉลี่ยระหว่างสองแรงดัน → LED ของแรงดันปัจจุบันติดคงที่ และ LED ของแรงดันถัดไปกะพริบเร็ว เช่น: ถ้าแรงดันสูงกว่า 10% ของ 12V แต่ต่ำกว่าค่าเฉลี่ยระหว่าง 12V และ 15V → 12V (เหลือง) ติดคงที่ และ 15V (เขียว) กะพริบเร็ว
  - ทำงานในลักษณะเดียวกันกับแรงดันระดับอื่น ๆ
การใช้พลังงาน – น้อยกว่า 6 mA
ขนาด – 56 × 18.5 × 5.6 มม.

USB VSense เป็นโอเพ่นซอร์สแบบเต็มรูปแบบ ทั้งฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์จะถูกเปิดเผยเมื่อบรรลุเป้าหมายการระดมทุนบน Crowd Supply

การแกะกล่องและแกะเครื่อง

เราไม่ได้รับมาเพียงชิ้นเดียว แต่ได้มา สามอุปกรณ์ USB VSense แต่ละตัวมาพร้อมกับ พอร์ต USB-C แบบ male สำหรับเสียบเข้ากับอุปกรณ์เป้าหมาย, พอร์ต USB-C แบบ female สำหรับต่อสายจากแหล่งจ่ายไฟ USB-C และมี ไฟ LED แปดดวง สำหรับแสดงแรงดันที่ระดับ 5V, 9V, 12V, 12V, 20V, 28V, 36V, และ 48V.

การออกแบบให้ความรู้สึกแข็งแรงราวกับบรรจุอยู่ในกล่องโลหะ แต่แท้จริงแล้วตัวอุปกรณ์ทำมาจาก แผ่น PCB หลายชั้นประกบกัน

โดยรวมแล้วมีทั้งหมด เจ็ดชั้น โดยส่วนทางด้านขวาประกอบไปด้วย แผ่น PCB สองชิ้นที่ถูกประกอบเข้าด้วยกัน

ชั้นที่ 4 เป็นตัวทำงานหลัก โดยมีไฟ LED แปดดวง และชิป AT406-N TH ซึ่งก็คือไมโครคอนโทรลเลอร์ ATtiny406 ที่กล่าวถึงไว้ในสเปก

การทดสอบ USB Vsense

ได้เวลาลองทดสอบกันแล้ว เราจะใช้อุปกรณ์เป้าหมายหลายตัวร่วมกับอะแดปเตอร์จ่ายไฟ USB จำนวนสามรุ่น ได้แก่ อะแดปเตอร์ทางการ 5V/3A ที่มากับ Raspberry Pi 4, อะแดปเตอร์ 100W MINIX NEO P2 GaN และอะแดปเตอร์ทางการ 5V/5A สำหรับ Raspberry Pi 5

การทดสอบแรก เราได้ลองกับ Raspberry Pi 5 แบบไม่มีจอ (headless) โดยใช้อะแดปเตอร์ 5V/5A

ไฟ 5V LED ของ USB VSense ติดคงที่ จากนั้นเราจึงเชื่อมต่อ ไดรฟ์ USB 3.0 และรันการทดสอบโหลดหนักบนแกนประมวลผล Cortex-A76 ทั้ง 4 คอร์ ไฟก็ยังคงติดคงที่ แสดงว่าแรงดันไฟอยู่ในช่วง 5V ±5% (4.75 ถึง 5.25V) ตลอดเวลา

จากนั้นเราเปลี่ยนไปใช้อะแดปเตอร์ 5V/3A พบว่าไฟ 5V LED ติดคงที่ ขณะที่ไฟ 9V กะพริบ ตอนเครื่องอยู่ในสถานะ idle ซึ่งนั่นหมายความว่าแรงดันไฟสูงกว่า 5.25V แต่ต่ำกว่า 5.5V

เมื่อเรารันการทดสอบโหลดหนัก ไฟ 9V LED หยุดกะพริบ ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟลดลงมาอยู่ในช่วง 4.75V ถึง 5.25V

จากนั้นเราทดสอบอย่างรวดเร็วกับ เมนบอร์ด Radxa Orion O6 และอะแดปเตอร์ MINIX NEO P2 พบว่าแรงดันไฟต่อรองที่ 20V ตามที่คาดไว้ เนื่องจากนี่คือแรงดันสูงสุดที่อะแดปเตอร์รองรับ

เราทำการทดสอบเดียวกันกับ แล็ปท็อป ASUS Vivobook 16 พบว่าแรงดันไฟก็อยู่ที่ 20V เช่นกัน (ไฟ LED ติดคงที่)

จนกระทั่งเรารันการทดสอบโหลดหนักบนแล็ปท็อป แม้ไฟ 20V LED จะยังคงติดคงที่ แต่ไฟ 15V LED กะพริบช้า ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟลดลงอยู่ระหว่าง 18V (-10%) ถึง 19V (-5%)

เราทำการทดสอบสุดท้ายโดยใช้ อะแดปเตอร์ 5V/5A ของ Raspberry Pi 5 กับแล็ปท็อป และเราค่อนข้างประหลาดใจที่เห็นแรงดันไฟอยู่ที่ 15V เราลืมไปว่านี่เป็นอะแดปเตอร์ USB PD ที่ปกติใช้กับ Pi 5 ที่ 5V แต่สามารถจ่ายไฟได้สูงสุด 15V/1.8A ตามที่ระบุไว้บนตัวอะแดปเตอร์เอง และแรงดันไฟยังคงติดคงที่ ระหว่างการทดสอบโหลดหนัก

USB VSense เป็นเครื่องมือวัดแรงดันไฟขนาดเล็กที่ใช้งานสะดวก เหมาะสำหรับตรวจสอบปัญหาแรงดันไฟ USB อย่างรวดเร็ว เช่น การตกของแรงดันไฟ เราขอขอบคุณ Meticulous Technologies ที่ส่งตัวอย่าง USB VSense มาให้รีวิว ตอนนี้อุปกรณ์นี้มีรายชื่ออยู่บน Crowd Supply แต่แคมเปญระดมทุนยังไม่เริ่ม (Coming Soon)

แปลจากบทความภาาาอังกฤษ : Mini review of USB Vsense USB PD voltage indicator