Конструкция стика DualSense, запчасти и ремонт «дрифта»

История с поломками джойстиков Sony DualSense из-за «дрифта» стиков стала массовой сразу после его появления в 2020 г. Многие владельцы жаловались на неисправность менее чем через полмесяца после покупки консоли. На Хабре в новостях об этом писал @maybe_elf

Учитывая технические характеристики контроллера и широкий спектр его применения (роботы, камеры, автомобили и т.п.) вопрос ремонта остается актуальным. Я использую джойстик для управления наружной и внутренней домашней системой видеонаблюдения и столкнулся с данной проблемой лично, делюсь изученной информацией и туториалом как все исправить в домашних условиях. 

Дисклеймер

Статья написана простым языком, не является научным исследованием, состоит из трех частей. Первая часть — теоретическая, про устройство стиков, причины их поломок и о том, что такое “вечные стики”. Вторая часть – информационная, про варианты ремонта, запчасти и альтернативы. Третья часть — практическая с пошаговой инструкцией замены неисправного элемента. В некоторых случаях починить контроллер получится без перепайки элементов, но для большинства работ потребуется паяльник и другие приспособления. Третья часть сформирована по фотоматериалам ресурса ifixit.com. Помните, что совершая самостоятельный ремонт вы принимаете риски и совершаете его под свою ответственность.

Часть 1. Теория.

Конструкция стика.

Стик — один из элементов управления геймпадов, который отвечает за команды перемещения по осям Х и Y. В Sony DualSense стик состоит из пластиковой верхней части (накладки) и основного механизма с двумя потенциометрами. Основной механизм и потенциометры оригинального стика производятся японской фирмой ALPS Electric (основана в 1948 г.).

В металлическом корпусе находится механизм, который отклоняет центральную ось по осям X и Y. В зависимости от направления, скорости и силы наклона стика две боковые оси (красная и белая) поворачиваются на заданный угол.

По бокам механизма, на осях, крепятся потенциометры, состоящие из бегунка и пластикового основания  с тремя ножками. Внутри основания потенциометра нанесен графитовый слой. Слой резистивный, имеет два контура: внешний и внутренний. нешний контур соединен с левой и правой ножками основания, а внутренний — со средней ножкой. Такая конструкция основания позволяет измерять сопротивление на каждом из контуров и отслеживать его изменение. Бегунок имеет три лапки, которые перемещаются по графитовому слою обоих контуров, изменяя их сопротивление. Постоянное измерение изменяющихся значений сопротивления аппаратной частью контроллера позволяет преобразовать механическое движение стика в нужные команды управления.

В чем суть проблемы? Что такое «дрифт» стика?

«Дрифт» стика — поломка, при которой система регистрирует отклонение рычага стика в то время, когда он находится в состоянии покоя. Как следствие, происходит самопроизвольное движение управляемого объекта, что делает работу контроллера некорректной. В компьютерных играх это выглядит как самопроизвольные движения персонажа или камеры. Одной из причин подобного поведения геймпада может быть механическая поломка стика или программная неисправность.

Наиболее распространенные причины механических поломок стиков ALPS в Sony DualSense:

• износ контактной части потенциометров;

• мусор и пыль внутри механизма стика;

• износ пластиковых осей механизма стика;

• изменение упругости возвратной пружины.

Самая распространенная причина — первая в списке, выход из строя потенциометров. По заявлениям производителя, они имеют ограниченный срок службы в 2 000 000 циклов, что примерно соответствует 400 часам активного использования. Графитовая дорожка внутри основания стирается, бегунок изнашивается и приходит в негодность. Таким образом, срок службы самого контроллера без ремонта зависит от срока службы механизма стика, а его срок службы напрямую зависит от срока службы используемого потенциометра.

В моем случае неисправность контроллера была механической, чтобы это выяснить, потребовалось разобрать джойстик. Вскрытие показало, что графитовый слой внутреннего контура потенциометра был полностью изношен, а лапки бегунка повреждены. Прилагаю фото.

Что такое “вечные стики”? Датчики HALL и TMR.

Возможно, вы слышали выражения «вечные стики», «стики, которые не ломаются»? Рассказываю. В промышленности существуют более совершенные технологии, которые также позволяют преобразовать механическое движение стика в нужные команды управления. Вместо потенциометров с графитовым напылением и бегунками могут быть использованы электромагнитные датчики. Стики с такими датчиками называются «вечными», так как в них отсутствуют движущийся бегунок и изнашивающаяся графитовая дорожка, что значительно увеличивает срок службы. Технологии две: HALL и TMR.

В датчиках HALL (на основе эффекта Холла) положение стика определяется с помощью измерения величины магнитного поля. При изменении положения стика изменяется положение магнита, что, в свою очередь, изменяет величину магнитного поля. Такие датчики устойчивы к пыли и грязи, но чувствительны к магнитным полям и наводкам. Датчики на основе эффекта Холла применяются повсеместно. Их можно встретить в системах современных автомобилей или в iPad, в нем датчик отвечает за работу с магнитными чехлами Smart Folio. Интересный факт: задачи на эффект Холла встречаются в современном ЕГЭ по физике.

В датчиках TMR (эффект туннельного магниторезистивного сопротивления) используется похожий принцип работы, но измеряется уже туннельное магнитное сопротивление. Суть технологии в квантовомеханическом эффекте, который проявляется при протекании тока между двумя слоями ферромагнетиков, разделенных тонким (около 1 нм) слоем диэлектрика. Технология датчика более дорогая, но обеспечивает более быстрое и точное определение положения стика.  Интересный факт: технология стала доступной в 2004 году и активно используется в производстве жестких дисков, а в 2007 году Петеру Грюнбергу (Peter Grünberg) и Альберу Феру (Albert Fert) была вручена Нобелевская премия по физике за открытия, которые сделали эту технологию возможной.

Стики с датчиками HALL или TMR активно используются для ремонта контроллеров. Мне также попадалась информация о контроллерах, где стики были заменены на стики с датчиками HALL или TMR сразу после покупки в качестве превентивной меры для предотвращения внезапных поломок.

Самые дорогие стики с датчиками TMR, которые мне встречались, поставляются в комплекте с кастомизируемыми накладками.

Часть 2. Варианты ремонта и запчасти

Первое, с чего следует начать, это определить тип поломки стика. Не во всех случаях это можно сделать быстро, возможно потребуется разобрать контроллер, чтобы определить причину. Неисправность может быть программная или механическая. Программную неисправность можно исключить выполнив действия по ее устранению. Порядок работ и варианты сформировал в таблицы.

Устраняем программную неисправность стика:

Устраняем механическую неисправность стика:

Запчасти

Для осуществления ремонта нам могут потребоваться запчасти: механизмы стиков и потенциометры. Запчасти могут быть оригинальными или альтернативными. Их легко можно найти на площадках объявлений, а также на маркетплейсах. Механизмы стиков в большинстве случаев поставляются в сборе с потенциометрами. Так как датчики HALL и TMR имеют свою особенную конструкцию, то они не подходят на оригинальные стики ALPS и поставляются в комплекте с неоригинальными стиками. Поэтому, снять датчики HALL или TMR с неоригинальных стиков и поставить на оригинальный стик ALPS не получится.

Потенциометры

Стики

Часть 3. Ремонт

Разбираем контроллер

Отщелкиваем нижнюю часть черной накладки с обеих сторон с помощью лопатки. Отщелкиваем среднюю часть накладки рукой или с помощью накладки. Снимаем черную пластиковую панель с лицевой стороны.

Отщелкиваем накладки L1 и R1 с помощью лопатки или другого пластикового предмета. Придерживаем накладки пальцем, чтобы они не отскочили и не попали в глаз.  

Откручиваем четыре винта: два расположены на нижней стороне контроллера и два — на верхней. Винты одинакового размера, взаимозаменяемые.

Отщелкиваем клипсы на нижней части контроллера. Далее необходимо разъединить две половины корпуса. С помощью лопатки поочередно отщелкиваем замки половинок. Необходимо это делать по направлению к куркам контроллера, так как в верхней части находится самый мощный замок. Он достаточно надежный, его сложно сломать, но потребуется усилие, чтобы его отщелкнуть.

Разделяем половинки корпуса, отделяем и убираем заднюю крышку.

Отсоединяем коннектор и убираем аккумулятор. Аккумулятор ничем не закреплен и легко снимается с кронштейна. Коннектор можно поддеть лопаткой или аккуратно потянуть за провод.

Отсоедините шлейф нижнего микрофона. Микрофон можно снять или оставить как есть на пластиковом кронштейне аккумулятора. Открутите винт удерживающий кронштейн аккумулятор. Винт такого же размера, как и винты корпуса.

Отсоедините четыре шлейфа удерживающие плату. Работаем аккуратно, чтобы не повредить шлейфы. Можно поддеть лопаткой или с помощью тонкогубцев.

Отделите плату от корпуса и вытяните ее на себя, переверните. Плата вынимается вместе с пластиковыми накладками стиков. Вы можете помочь себе ее вынуть аккуратно плату вдавливая пластиковые стики накладок с обратной стороны джойстика.

Ремонт без паяльника

Речь пойдет о чистке дорожек потенциометра и замене бегунка. Это ремонт механической поломки потенциометров типа (а) и (б) (см. таблицу вариантов ремонта), он помогает временно решить проблему или существенно улучшить ситуацию. Работы не потребуют дополнительного оборудования, но потребуются запчасти.

Снимите пластиковые накладки стиков. Отщелкните потенциометр лопаткой, извлеките из него бегунок.

Очистите графитовые дорожки внутри потенциометра с помощью ватной палочки и спирта. Замените неисправный бегунок. Защелкните потенциометр. Проверьте подвижность стика. Если все ок, соберите контроллер и проверьте результат.

Важный момент. Обратите внимание на корректную установку бегунка при замене. Скошенная окружность на бегунке и на основании потенциометра может ввести вас в заблуждение. Верный вариант установки на фото.

Ремонт с помощью паяльника

Если вариант очистки дорожек потенциометра и замены бегунка не помог, потребуется более сложный ремонт. Это ремонт механической поломки потенциометров типа (в) и (г) (см. таблицу вариантов ремонта). Для этого нам понадобятся паяльник и дополнительные инструменты. Из личного опыта скажу, что выпаять дефектный потенциометр или стик в сборе без паяльного фена, оловоотсоса и медной оплетки — не самая простая задача. Дело в том, что необходимо отпаять элементы, которые крепятся к плате тремя (потенциометры) или восемью (стики) ножками. Нагреть их одновременно и просто отделить от платы не получится. Я рекомендую выпаивать их поочередно, удаляя припой с каждой ножки с помощью оловоотсоса или оплетки для демонтажа радиодеталей. Последний инструмент мне показался наиболее эффективным. Также заменяемый элемент можно аккуратно уничтожить бокорезами и выпаивать только оставшиеся от него ножки. Это упростит процесс, но есть риск повредить плату.

Для удобства работы с платой отпаяйте питание вибромоторов.

Далее, в зависимости от типа поломки, принятого вами решения и выбранных для замены запчастей, выпаиваем неисправные и припаиваем исправные детали. Если ремонт точечный, перепроверьте правильность выбранного элемента с учетом расположения платы при работе с ней. Также следует быть аккуратным при пайке и при работе с паяльным феном: на плате находится огромное количество мелких элементов и пластиковых разъемов, которые можно случайно задеть инструментами или повредить. Если вы не уверены в своих силах, обратитесь к специалистам. Стоимость работ с материалами составляет около 20–40$.

Сборка

Осуществляется в обратном порядке. Используйте фотоматериалы разборки контроллера. Установите пластиковые накладки стиков. Припаяйте вибромоторы к плате. Установите плату в корпус. Подключите четыре шлейфа к плате. Установите кронштейн аккумулятора, закрепите его винтом. Подключите шлейф нижнего микрофона. Установите аккумулятор в кронштейн и подключите коннектор аккумулятора к плате.

На данном этапе сборки можно включить контроллер и проверить его работоспособность.

Завершите сборку. Соедините две части корпуса и защелкните клипсы в нижней части контроллера. Вкрутите четыре винта, удерживающие корпус. Установите кнопки L1 и R1. Установите декоративную черную накладку.

Заключение

Если у вашего контроллера DualSense появился "дрифт" стиков, не спешите менять его на новый. Вероятнее всего, вышел из строя один из четырех потенциометров. Срок их службы составляет около 400 часов. Джойстик можно попытаться починить в домашних условиях без пайки, отремонтировать самостоятельно с помощью паяльника или отдать в ремонт. При ремонте можно установить оригинальные стики и потенциометры фирмы ALPS или альтернативные стики с датчиками TMR или HALL. Датчики TMR точнее, чем HALL, но дороже. Оба варианта, TMR и HALL, называют "вечными" стиками, так как в силу своей конструкции они имеют значительно больший срок эксплуатации.

P.S. Что случилось с контроллером у автора и какой вариант ремонта он выбрал? В моем контроллере вышел из строя потенциометр левого стика по оси Х. Графитовая дорожка стерлась, а лапка бегунка сточилась и сломалась (см. фото в статье). Я выбрал вариант сохранения оригинальной конструкции и наименьших затрат. Приобрел оригинальные стики с четырьмя потенциометрами в сборе за 4$, которые были сняты с нового контроллера для последующей замены на TMR. Выпаял и припаял новый потенциометр левого стика по оси Х. Отложил оригинальные стики и три оставшихся потенциометра в запас. Откалибровал контроллер через DualShock Calibration GUI.