На початку 2023 року я переглянув квартальний звіт про гарантію від компанії, яка оприлюднила дані про свій спортивний браслет з біометричним датчиком. Протягом перших восьми місяців несправність зарядного порту становила 43% усіх повернень продукції, що призвело до показника повернення 7,3% серед проданих одиниць. У той час продукт використовував зарядний інтерфейс USB-C. Коли ми переробили продукт другого-покоління для компанії, ми перейшли на зарядку Pogo Pin. Протягом наступного року цей показник впав лише до 0,4%.
По-перше, я хотів би прояснити один момент: я вважаю, що зарядка через pogo-pin є правильним вибором для більшості додатків носимих пристроїв, і дослідження ринку також рішуче підтверджують цю думку. У наступних розділах я детально поясню свої причини, а також чітко окреслю ситуації, коли я рекомендую замість цього використовувати інтерфейс USB-C.
Механічна відмінність має значення, тому що все інше випливає з неї.
USB-C — це система з-рецепторами. Штекер кабелю входить у заглиблену порожнину в корпусі пристрою, а пружинні контакти всередині приймача притискаються до штифтів штекера. Щоразу, коли користувач заряджає, він вставляє метал в отвір. Коли нічого не підключено, цей отвір піддається впливу будь-якого середовища, у якому знаходиться пристрій.
Зарядка Pogo Pin працює навпаки. На зовнішній поверхні пристрою є плоскі провідні контакти - без порожнини та отвору. Зарядний пристрій, будь то док-станція чи кабель Pogo, утримує підпружинені шпильки, які стискаються до цих контактів під час контакту. Корпус пристрою можна герметизувати як єдиний формований блок, оскільки в нього нема чого вставляти. Магнітний зарядний пристрій Pogo Pin накладає масив магнітів навколо вузла контактів, щоб з’єднання само-вирівнювалося, коли пристрій наближається до док-станції.
Стандарт IEC 60529, який визначає ступінь захисту від проникнення IP, базується на концепції отворів у корпусі. Порт USB-C, за визначенням, створює отвір, який можна закрити навколо, але ніколи не видалити повністю. Конструкція накладки з шпилькою Pogo повністю усуває отвір. Ця структурна різниця є причиною більшої частини практичного порівняння нижче.
Рейтинг IP
Для більшості категорій носимих пристроїв питання про рейтинг IP полягає в тому, де насправді приймається рішення щодо інтерфейсу. Я проведу тут найбільше часу.
Щоб отримати пристрій USB-C зі стандартом IP67 або IP68, потрібна еластомерна прокладка, яка стискається, коли штекер вставляється, і знову встановлюється, коли його виймають. Коли ущільнювач новий і користувач вставляє в-заглушку специфікації під правильним кутом, він працює. Проблеми накопичуються з часом: повторне вставлення стискає прокладку асиметрично, кабелі сторонніх-специфікацій-не зачіпають геометрію ущільнення так, як це робить оригінальна заглушка, а вміст солі в поті руйнує еластомерний матеріал зі швидкістю, яку стандартний протокол випробування не повторює.
Ось як це виглядає на справжніх продуктах. Garmin Forerunner 965 має рейтинг IP68 і містить чітку документацію, яка рекомендує не заряджати пристрій у вологому стані або під водою. Apple Watch Ultra 2 з рейтингом WR100 містить аналогічні вказівки, які не рекомендують заряджати у вологих умовах. Це не упущення чи недогляд - це точне розкриття обмежень дизайну. Рейтинг IP стосується пристрою з порожнім і запечатаним портом. У той момент, коли користувач вставляє кабель USB-C, з’являється отвір, і ефективність ущільнення є єдиною лінією захисту.
Водонепроникний зарядний пристрій Pogo Pin не має еквівалентних обмежень. Поверхня пристрою герметизується на заводі як суцільний корпус. Встановлення пристрою, зарядженого пого-піном, безпосередньо в док-станцію, але все ще капає з басейну, залишає пломбу повністю недоторканою -, оскільки нічого не відкривається. Немає ні прокладки, ні порожнини, ні події вставки, яка створює тимчасовий розрив.
Для носіїв, призначених для водних видів спорту, клінічних умов, професійного використання на відкритому повітрі або будь-яких застосувань, де застереження «не заряджати, якщо воно вологе» прямо суперечило б цінній пропозиції продукту - зарядка pogo pin є структурно правильною відповіддю. Системи заряджання кохлеарних імплантатів працюють таким чином більше десятиліття. Від нього залежать безперервні монітори рівня глюкози, які потребують щоденного очищення пацієнта. Послужний список технології у складних середовищах довгий, особливо тому, що вона усуває структурний компроміс, який представляє врізний порт.
Скільки це насправді триває
Специфікація кабелю та роз’єму USB-IF Type-C встановлює вимоги до механічної міцності розеток USB-C. За визначених умов випробування - у -специфікаційних вилках, контрольованому куті вставлення, встановленому зусиллі вставлення - стандартна базова лінія для розетки USB-C становить 10 000 циклів. Це корисно як підлога для кваліфікації довговічності.
Як прогноз тривалості життя поля, це оптимістично. Реальні користувачі вставляють кабелі під кутом. Вони використовують кабелі сторонніх-розробників, розміри яких відрізняються за межами вікна допуску специфікацій. Вони застосовують бокову силу до кабелю, коли він підключений до розетки, через його прокладку або випадковий контакт. Така поведінка створює стрес, лабораторний протокол не застосовується. Паяні з’єднання, які тримають рецептор на друкованій платі, навантажуються таким чином, що тест не вловлює, і прокладаються-через несправності -, де корпус рецептора фізично відокремлюється від плати під дією повторного-навантаження по осі -, є задокументованим режимом несправності в тонких друкованих платах із високою частотою вставки.
Зарядні панелі Pogo pin мають принципово інший профіль навантаження. Кожна подія стикування застосовує перпендикулярну силу стиснення лише до поверхні накладки. Ні бокового навантаження, ні крутного моменту на паяних з’єднаннях, ні стирання від ковзання штекера-до-контакту. Зношуваним елементом є підпружинений-штифт у док-станції чи кабелі pogo, а не накладка на пристрої. Прокладка, покрита - кобальтом-загартованим золотом за відповідними специфікаціями з мінімальною товщиною 0,5 мкм поверх нікелевого бар’єру - без електролізів, надійно витримує від 50 000 до 100 000 циклів стиснення перед тим, як помітно збільшиться контактний опір. Для пристрою, що підключається до док-станції один раз на день, це повний комерційний термін служби продукту з резервом, що залишився.
Про швидкість заряджання
Специфікація USB Power Delivery 3.0 підтримує до 100 Вт. Для розумного годинника з акумулятором ємністю 300–500 мАг це інженерний контекст, який не має практичного значення. На практиці акумулятор ємністю 400 мАг заряджається з потужністю 1–2 Вт - обмежуючим фактором є керування температурою акумулятора та контролер заряду, а не те, що може підтримувати роз’єм. Магнітний зарядний пристрій Pogo Pin потужністю 2 Вт і кабель USB-C потужністю 65 Вт заряджають ту саму батарею з однаковою швидкістю, оскільки жоден із них не є вузьким місцем.
Стандартні комерційні конфігурації кабелю Pogo для переносних пристроїв комфортно працюють з потужністю 1–5 Вт. Перевищення цього порогу - більші діаметри штифтів, більша сила пружини, більш продумана конструкція колодок - — це інженерна робота, яку можна виконати, але це радше індивідуально, ніж--стандартно. Якщо ваш продукт має батарею великого-формату, тривале обчислювальне навантаження або активне терапевтичне апаратне забезпечення, що споживає суттєве безперервне живлення, максимальна потужність USB-C стає справжнім чинником у прийнятті рішення. Для звичайних пристроїв-на зап’ясті,-на вусі та-нашивках це не так.
Два аргументи, які не зустрічаються в більшості порівнянь
Рідко згадується гнучкість розміщення. Для порту USB-C потрібна фізична глибина корпусу розетки та чіткий осьовий шлях для кабелю. Зарядні панелі Pogo Pin розташовані на одному рівні з поверхнею пристрою, не мають вимог щодо глибини, і їх можна розташувати на вигнутих поверхнях, нижній стороні або будь-якій геометрії корпусу, якої вимагає механічний дизайн. Продукти без видимого зовнішнього порту існують саме тому, що цей інтерфейс робить їх структурно можливими - це не перевага стилю за рахунок функції.
Інша — ергономіка док-станції, про яку я бачив, як більше, ніж де-небудь ще, в оглядах людських факторів медичних пристроїв. Магнітний зарядний штифт Pogo само-вирівнюється через масив магнітів. Користувач, який втомився, має знижену спритність рук або стикується в умовах слабкого освітлення, розміщує пристрій біля док-станції, і магніт закриває щілину. Під час оцінки людського фактору, у якій я брав участь для пристрою клінічного моніторингу, ця характеристика мала суттєве значення для літніх користувачів із цільової групи - більше, ніж більшість інших атрибутів фізичного інтерфейсу, які ми оцінювали. Варто серйозно подумати про це, перш ніж відкидати це як зручну функцію.
Розетки USB-C – це стандартні компоненти з широкою базою постачальників, низькою ціною за-одиницю в обсязі та без вимог щодо фірмових аксесуарів. Кабель вже є у більшості користувачів. Ця перевага реальна.
Для заряджання через контакт Pogo потрібен власний док-станція або кабель Pogo, які мають бути виготовлені, включені в упаковку та підтримувані як заміна SKU протягом комерційного терміну служби продукту. Вартість-одиниці аксесуара є реальною, і для споживчих товарів у великих{2}}обсягах вона накопичується.
Те, що часто не відображається на ранніх-стадіях моделювання витрат, так це вартість повернення за гарантією. Заміна одиниць, повернення, обслуговування клієнтів і вплив відомого режиму збою на рівень викупу - це витрати, які не відображаються в BOM, але відображаються в прибутках і збитках. У продукті, який я описав на початку, зменшення прибутку-пов’язаного зі стягненням плати з 7,3% до 0,4% істотно змінило розрахунок прибутковості другого-покоління. Накладні витрати на додатковий кабель Pogo окупилися протягом першого кварталу після доставки. Це не універсальний результат, але варто чесно поміркувати, перш ніж зробити висновок, що USB-C дешевший.
Де USB-C все ще має більше сенсу
Аргументи щодо IP та довговічності є реальними, але зарядка через контактний контакт Pogo не є правильною відповіддю для кожного продукту. Бувають ситуації, коли я б вказав USB-C, і я хочу назвати їх конкретно, а не хеджувати.
Пропускна здатність даних є найбільш технічно чітким-випадком. Швидкість передачі USB 3.x через матрицю пого-пінів недоступна в компактному форм-факторі носимого пристрою. Кабель pogo може комфортно передавати I2C, SPI або UART, але якщо пристрою потрібно передати кілька сотень мегабайт за сеанс до хосту або передавати дані високо-датчика пропускної спроможності в режимі реального часу, можливості передачі даних USB-C є правильним інструментом. Жодна розробка з’єднувача не змінює це обмеження пропускної здатності.
Другий випадок більше стосується динаміки ринку, ніж технології. Деякі споживчі товари справді виграють від сумісності з універсальним кабелем - фітнес-браслет у ціновому-сегменті, дитячий пристрій, корпоративне-обладнання, де придбання не передбачає наявності фірмового аксесуара. У таких ситуаціях логістика та перешкоди користувачам запатентованого кабелю pogo є реальними проблемами продукту. Я бачив, як команда недооцінила це й витратила-місяці після запуску, керуючи обсягом підтримки заміни кабелю, який вони не планували. Якщо «заряджати за допомогою будь-якого кабелю» є справжньою цінністю для вашого користувача, це заслуговує чесної ваги в цьому рішенні.
Існує також ризик виконання, про який варто згадати для команд, які не знайомі з користувацькими інтерфейсами конекторів. Система зарядки Pogo Pin, визначена без належної уваги до сили пружини, розміру колодки та позолоти, вийде з ладу так само легко, як порт USB-C - лише через різні режими відмови. USB-C має десятиліття інструментів, еталонних проектів і знань про процеси. Якщо команда раніше не поставляла спеціальний інтерфейс роз’єму, а графік розробки вже напружений, USB-C несе менший ризик виконання. Це не аргумент проти заряджання пого-пін; це аргумент для початку розмови з’єднувача раніше в наступній програмі.
Що я б хотів уточнити
Для будь-якого носимого пристрою, який стикається з водою, потом, зовнішніми умовами або регулярним чищенням -, що охоплює більшість ринку носимих пристроїв -, заряджання pogo pin є структурно кращою відповіддю. Один тільки аргумент щодо рейтингу IP виправдовує додаткові витрати на аксесуари для більшості продуктів у цій категорії. Перевага циклічного терміну служби означає, що зарядний інтерфейс працюватиме довше, ніж решта продукту за нормальних умов використання.
Для медичних і клінічних пристроїв рішення зазвичай приймає навколишнє середовище. Цикли стерилізації в автоклаві, протоколи хімічної дезінфекції та нормативні вимоги до інтелектуальної власності призводять до заряджання пого-пінів незалежно від того, що ви віддаєте перевагу. Початок роботи на етапі розробки концепції дозволяє уникнути дорогого редизайну після перевірки людського фактора або перевірки нормативних документів.
Ситуація, коли я справді вважаю, що USB-C — це споживчий продукт першого-покоління за конкурентоспроможною ціною, де можливість заміни кабелю важлива для цільового користувача, створена командою без досвіду роботи зі з’єднувачем у стислі терміни. USB-C із якісним ущільнювальним ущільнювачем є обґрунтованим рішенням першого-покоління -, до якого легше повернутися, коли є справжні гарантійні дані. Ці дані, з мого досвіду, спрощують рішення щодо другого-покоління. Поліпшення від 7,3% до 0,4%, яке я описав на початку, не було важким результатом, на який можна було діяти, коли прийшов час.
Часті запитання
Чи може магнітний зарядний пристрій Pogo Pin впливати на датчики всередині пристрою?
Це може, і це вимагає уваги, а не загальної впевненості. Магніт у системі заряджання з магнітним штифтом Pogo може впливати на перемикачі на ефекті Холла, електронні компаси й антени NFC, якщо вони знаходяться поблизу зарядної панелі. Для більшості застосувань розумних годинників достатньо підтримувати відповідне фізичне відокремлення між кільцем магніту та чутливими компонентами. Для медичних пристроїв із чутливими чутливими елементами це вимагає офіційної оцінки електромагнітної сумісності, що стосується геометрії пристрою та напруженості поля -, а не загального «все має бути добре». Ця технологія з’являється в пристроях, які можна носити,-які отримали дозвіл FDA-та CE-, включно з програмами для імплантації, але ці дозволи вимагали ретельного аналізу перешкод. Припускати, що це геть не є правильним підходом.
Що станеться, якщо користувач втратить кабель Pogo?
Їм потрібна заміна з джерела, яке ви запланували, а це означає, що шлях заміни має існувати до того, як продукт буде відправлено. Варіанти включають публікацію вашої конфігурації шпильки та розмірів колодок, щоб створити -ринок аксесуарів третьої сторони, продаж заміни безпосередньо через власний магазин чи дистриб’юторську мережу або домовленості про запаси з дистриб’юторами аксесуарів. Сценарій, якого слід уникати, — це користувач, який не може зарядити свій пристрій протягом двох тижнів, тому що єдиний шлях проходить через чергу обслуговування клієнтів. Для медичних і промислових виробів контрольоване постачання аксесуарів часто є нормативною вимогою або вимогою системи якості - у таких випадках плануйте ланцюжок постачання аксесуарів як готовий продукт із власною специфікацією та перевіркою, а не як деталь для вирішення після-запуску.
Чи витримують прокладки Pogo Pin протягом тривалого щоденного потовиділення?
Так, із відповідними специфікаціями покриття. Стандартні накладки з м’яким золотом 0,3–0,5 мкм з часом демонструватимуть деградацію поверхні під дією солі та кислоти від поту. Для одягу для фітнесу та виробів для активного відпочинку вказуйте кобальт-загартоване (тверде) золото з товщиною мінімум 0,5 мкм поверх нікелевого нижнього шару. Для продуктів, призначених для океанських видів спорту або звичайного очищення милом-і-води, відповідними специфікаціями є тверде золото 0,8–1,0 мкм. Це визначений параметр конструкції, який вибирається під час процесу специфікації з’єднувача - це не властиве обмеження технології. Для довідки, подушечки для шпильки Pogo використовуються в обладнанні, яке проходить цикли стерилізації в автоклаві. Щоденне використання тренажерного залу не є вимогливим середовищем.
За якого розміру батареї потужність USB-C фактично починає мати значення?
Десь вище 1000–1500 мАг на практиці, припускаючи, що хімічний склад батареї та контролер заряду можуть використовувати вищу вхідну потужність. Нижче цього порогу термічні й електрохімічні межі акумулятора є обмеженням - переносна батарея ємністю 400 мАг заряджається з однаковою швидкістю від зарядного пристрою Pogo Pin на 5 Вт і зарядного пристрою USB-C на 100 Вт, оскільки в обох випадках роз’єм не є вузьким місцем. Кросовер, де подача живлення через USB-C суттєво змінює взаємодію з користувачем, — це пристрої з батареями-великого формату, стійким обчислювальним обладнанням або підсистемами-виведення активної енергії - окулярами AR, промисловими переносними пристроями з електроприводом, високо-медичними пристроями. Для звичайних пристроїв, які носять на зап’ясті та-навушниках, лише ємність акумулятора виключає це питання.
Яку найпоширенішу помилку роблять команди, коли переходять на зарядку через pogo-pin у-розробці?
Завершення конструкції корпусу до визначення інтерфейсу зарядки. Послідовність, яку я бачив неодноразово, не справлялася: механічна конструкція блокує геометрію корпусу, а потім команда намагається вмістити масив колодок у будь-який вільний простір. Результатом є, як правило, неправильний розмір колодки, недостатні зони захисту навколо зони колодки та відсутність допуску для зміни вирівнювання, яку система фактично побачить під час виробництва та використання. Геометрію колодки, кількість штифтів, силу пружини та метод вирівнювання потрібно розробляти паралельно з компонуванням корпусу - вони впливають один на одного та на загальні розміри таким чином, що дорого виправляти після нарізання інструменту. Розмову про постачальника роз’єму слід починати, коли геометрія корпусу все ще відкрита, а це раніше в програмі, ніж більшість команд спочатку планує.
Ми підтримуємо команди, що займаються носимими продуктами, від ранньої концепції до виробничої перевірки:
Рішення, пов’язані з aЗарядка Pogo Pinінтерфейс - геометрія колодки, специфікація покриття, сила пружини, кількість штифтів, метод вирівнювання, стратегія аксесуарів - взаємодіють один з одним і з ширшим дизайном продукту способами, які не завжди помітні ззовні. Виправити їх на етапі проектування значно дешевше, ніж виправити їх після обробки інструментів або в продукті, який вже є в польових умовах.
Ми підтримуємо команди, що займаються носимими продуктами, від ранньої концепції до виробничої перевірки:
Етап оцінки - Ми пропонуємо aкеруючий пого-пінаркуш для порівняння інтерфейсів, що охоплює сім факторів, які мають найбільше значення для додатків, що носяться: цільовий рейтинг IP, бюджет потужності, вимоги до життєвого циклу, потреби в даних, стратегія аксесуарів, обмеження форм-фактора та графік розробки. Це дає вам задокументовану основу для рішення щодо інтерфейсу.
Ранній дизайн - Зразок кабелю Pogo та набори магнітних накладок для контактів Pogo доступні для конфігурацій кроку, які найчастіше використовуються в продуктах, які можна носити. Перевірка фізичної придатності щодо прототипу перед прийняттям рішень щодо інструментів дозволяє уникнути геометричних сюрпризів пізніше.
Усунення несправностей - Якщо ви спостерігаєте проблеми з переривчастим зарядним контактом, знос колодки або надійність з’єднання у продукті, який уже постачається, опишіть тип несправності, і ми дамо вам чесну оцінку того, чи це проблема покриття, сила пружини чи геометрія колодки, і що насправді вимагає виправлення.
Маєте запитання щодо конкретної програми? Залиште це в коментарях або зв'яжіться з нами напряму. Якщо сценарій є тим, з яким я стикався раніше, я так скажу.
