X2xx/s (X200/s-260) [MOD] X201 mSATA SSD

[Cyrix]

Hallo liebe ThinkPad-Freunde,

ich habe mir mal das PCB vom ThinkPad X201 angeschaut und den Dock-Connector sowie den mPCIe-Connecter genauer betrachtet.

Laut ThinkPad X201 Schematic ist der mPCIe-Connector der WWAN-Karte nach IEEE-Standard mit allen notwendigen Signalen für PCI-Express versorgt. Nur die Signale für den SMB-Bus fehlen, welcher allerdings nicht benötigt wird.

Pin	X201 (diff PCIe)	Pin	X201 (diff PCIe)
51	NC (PCIE_RESERVED)	52	3V3
49	NC (PCIE_RESERVED)	50	GND
47	NC (PCIE_RESERVED)	48	1V5
45	NC (PCIE_RESERVED)	46	NC (-PCIE_PWAN_LED)
43	GND (PCIE_RESERVED)	44	NC (-PCIE_WLAN_LED)
41	3V3 (PCIE_RESERVED)	42	-LED_WWAN
39	3V3 (PCIE_RESERVED)	40	GND
37	GND (PCIE_RESERVED)	38	USB_WWAN+
35	GND	36	USB_WWAN-
33	PCIE_WWAN_TXP	34	GND
31	PCIE_WWAN_TXN	32	NC (PCIE_SMB_DATA)
29	GND	30	NC (PCIE_SMB_CLK)
27	GND	28	1V5
25	PCIE_WWAN_RXP	26	GND
23	PCIE_WWAN_RXN	24	3V3 AUX
21	GND	22	-PERST
19	NC (PCIE_RESERVED)	20	-WWAN_DISABLE (PCIE_RESERVED)
17	NC (PCIE_RESERVED)	18	GND
-	-	-	-
15	GND	16	UIM_VPP
13	PCIE_CLK_WWAN	14	UIM_RESET
11	-PCIE_CLK_WWAN	12	UIM_CLK
9	GND	10	UIM_DATA
7	-CLKREQ_WWAN_R	8	UIM_PWR
5	NC (PCIE_RESERVED)	6	1V5
3	NC (PCIE_RESERVED)	4	GND
1	-PCIE_WAKE	2	3V3

Nach dem Sata-Standard kann über einen mPCIe-Connecter auch mSATA verwendet werden. Dazu ist folgende zusätzliche Signalbelegung am mPCIe-Connector erforderlich.

Pin	X201 (diff PCIe) [PCIe diff mSATA]	Pin	X201 (diff PCIe) [PCIe diff mSATA]
51	NC (PCIE_RESERVED) [Presence_Detect]	52	3V3
49	NC (PCIE_RESERVED) [Device_Activity_Signal]	50	GND
47	NC (PCIE_RESERVED) [VENDOR]	48	1V5
45	NC (PCIE_RESERVED) [VENDOR]	46	NC (-PCIE_PWAN_LED) [SATA_RESERVED]
43	GND (PCIE_RESERVED) [GND]	44	NC (-PCIE_WLAN_LED) [SATA_RESERVED]
41	3V3 (PCIE_RESERVED) [3V3]	42	-LED_WWAN [SATA_RESERVED]
39	3V3 (PCIE_RESERVED) [3V3]	40	GND
37	GND (PCIE_RESERVED) [GND]	38	USB_WWAN+ [SATA_RESERVED]
35	GND	36	USB_WWAN- [SATA_RESERVED]
33	PCIE_WWAN_TXP [SATA_TXP]	34	GND
31	PCIE_WWAN_TXN [SARA_TXN]	32	NC (PCIE_SMB_DATA) [SATA_SMB_DATA]
29	GND	30	NC (PCIE_SMB_CLK) [SATA_SMB_CLK]
27	GND	28	1V5
25	PCIE_WWAN_RXP [SATA_RXN]	26	GND
23	PCIE_WWAN_RXN [SATA_RXP]	24	3V3 AUX
21	GND	22	-PERST [SATA_RESERVED]
19	NC (PCIE_RESERVED) [SATA_RESERVED]	20	-WWAN_DISABLE (PCIE_RESERVED) [SATA_RESERVED]
17	NC (PCIE_RESERVED) [SATA_RESERVED]	18	GND
-	-	-	-
15	GND	16	UIM_VPP [SATA_RESERVED]
13	PCIE_CLK_WWAN [SATA_RESERVED]	14	UIM_RESET [SATA_RESERVED]
11	-PCIE_CLK_WWAN [SATA_RESERVED]	12	UIM_CLK [SATA_RESERVED]
9	GND	10	UIM_DATA [SATA_RESERVED]
7	-CLKREQ_WWAN_R [SATA_RESERVED]	8	UIM_PWR [SATA_RESERVED]
5	NC (PCIE_RESERVED) [SATA_RESERVED]	6	1V5
3	NC (PCIE_RESERVED) [SATA_RESERVED]	4	GND
1	-PCIE_WAKE [SATA_RESERVED]	2	3V3

Schauen wir uns die Tabelle mal genauer an. Es hat damals jemand mitgedacht und GND sowie 3V3 an die notwendige Pins für mSATA angeschlossen.

Es fehlen nur die Signale SATA_TXP, SATA_TXN, SATA_RXN, SATA_RXP, Presence_Detect sowie Device_Activity_Signal. Das Signal Presence_Detect wir hauptsächlich für Hotplug benötigt und kann für den mSATA-Mod vernachlässigt werden. Wer zieht seine mSATA-SSD bei laufendem Betrieb ab oder steckt diese an?! Das Signal Device_Activity_Signal sorgt nur dafür, dass eine Laufwerks-LED angesprochen werden kann und bei Schreib- und Lesezugriffen die LED blinkt. Also auch nicht notwendig. Es verbleiben also nur die differentiellen Datenleitungen.

Die Intel PCH IBEX des Core-i-Arrendale CPU besitzt 4 Sata-Ports. Davon sind beim X201 die Ports Sata3 und Sata2 komplett auf GND gelegt und somit bei einem BGA nicht mehr zu erreichen! Mal davon abgesehen, dass das Bios diese sowieso nicht ansprechen könnte, außer man wollte es zusätzlich modden. Port Sata0 liegt am internen Laufwerksschacht an. Es bleibt also nur der Dock-Connector mit dem Sata1-Port für den mSATA-Mod übrig. Über diesen kann das Bios auch booten.

X200 / X201 Sata1-Port Pinout am Dock-Connector:

Sata1	Dock-Connector
SATA1_TXP	S120
SATA1_TXN	S122
SATA1_RXN	S127
SATA1_RXP	S125

Am einfachsten ist es allerdings, wenn man die differentiellen Signale an den Stützkondensatoren abgreift. Diese SMD-Kondensatoren bieten eine ideale Möglichkeit zum Anlöten eines Drahtes, da diese ein schönes "großes" PAD aufweisen.

Sata1	Capacitor
SATA1_TXP	C315
SATA1_TXN	C309
SATA1_RXN	C58
SATA1_RXP	C59

Ein Weiterer Vorteil ist, dass man die Leiterbahnen zwischen Kondensator und Dock-Connector durchtrennen kann und nicht mehr Gefahr läuft etwas zu beschädigen, falls man das X201 doch einmal in eine Dock mit Laufwerk steckt. Der Clou ist, dass man sich später nach Lust und Laune eine eSata-Expresskarte im 54er Format (natürlich mittels PCIe angebunden und nicht über USB) zulegen kann und dann die eSata-Datenleitungen an die Pins des Dock-Connectors anschließen kann. Somit erhält man wieder ein vollwertiges Dock mit Sata-Laufwerk, welches dann allerdings nicht bootbar wäre. Dazu aber später mehr.

Jetzt wird es mühsam denkt Ihr euch bestimmt. Wer hat denn jetzt noch Lust den ganzen Kram aufm PCB zu suchen. Das habe ich bereits erledigt und alle Anschlussmöglichkeiten markiert. Wundert Euch nicht über den mPCIe-Connecter und dessen Pins, denn die Zuordnung der Pins an Oberseite und Unterseite ist vertauscht. Warum? Ganz einfach, es handelt sich um einen Reverse-Connector, da sich dieser auf der Unterseite des Mainboards befindet und bei einem X201 eine mPCIe- oder jetzt auch mSATA-Karte kopfüber eingesteckt wird. Die ungeraden Pins befinden sich als auf der Unterseite des mPCI-Connectors.

Die differentiellen Datenleitungen des PCIe-Controllers und SATA-Controllers sollte man nicht miteinander verbinden. Diese als am mPCI-Connector kappen. Die TX-Leitungen kann man auch unterbrechen indem man die Kondensatoren C358 und C359 ablötet. Diese befinden sich allerdings unter dem Steg des Expresscard-Einschubrahmen.

Ich habe mich mal bei der Thinkwiki bedient und dort das Bild der X201-Sicherungen um den mSATA-Mod erweitert.

Leider ist das Bild zu Groß für das Forum und wird immer komprimiert?!
Hier gibts den Direktlink zum Bild mit der höheren Auflösung: https://abload.de/img/x201_i7_msata_mod5bs6e.jpg

Ein schönes mSATA Pinout gibts z.B. hier im Datenblatt der M500 mSATA SSD von Crucial auf Seite 5:
https://www.micron.com/~/media/documents/products/data-sheet/ssd/m500_msata_ssd.pdf

Eine 54er hidden eSata-Expresscard mit zwei echten eSata-Ports zu PCIe gibt es gerade wieder auf Amazon. Gabs lange nicht im Angebot und sind eher selten! Ich habe mir gleich mal welche zum Wiederbeleben der Sata-Schnittstelle der Dock gesichert.
https://www.amazon.de/gp/product/B01C86K44K

Zur Verdrahtung empfehle ich ein abisoliertes Sata-Kabel oder ein robustes Zif-Kabel. Zum Löten am besten feinen SMD-Lötdraht (0,5mm - 0,25mm) verwenden.

Viel Erfolgt bei dem MOD!

Hoffentlich weiterhin viel Spaß mit einer mSATA SSD sowie einer HDD als Datengrab in einem ThinkPad der X-Serie, welches als letztes noch ein 16:10 Display, eine Clamshell sowie Displayhaken hat! :thumbsup:

Grüße Cyrix

PS: Da fällt mir ein, ich verwende ein Bios mit Whitelist. Ob eine mSATA SSD ohne Whitelist funktioniert wäre noch von jemand anderem zu testen.

 

[B$TIStalin]

Coole Sache.
Habe ich das jetzt richtig verstanden:
Du hast jetzt ein x201 mit 2.5 Zoll HDD, mSata SSD, Wlan und WWAN und kannst Dank deiner Express Card weiterhin ein DVD Laufwerk in der Ultrabase betreiben?

 

[wileE]

Es wundert mich ja, dass noch nicht eher jemand hier den Mod mal angepackt hat. :thumbup:
Aber soll ich dir mal was ganz gemeines zeigen?
Die Kerle von 51nb haben gleich eine fertige Platine für den Mod:
Platine
Dock
Slot

 

[Cyrix]

Coole Sache.
Habe ich das jetzt richtig verstanden:
Du hast jetzt ein x201 mit 2.5 Zoll HDD, mSata SSD, Wlan und WWAN und kannst Dank deiner Express Card weiterhin ein DVD Laufwerk in der Ultrabase betreiben?

Man kann stets zwischen WWAN-Karte und mSATA SSD wechseln. Das Laufwerk der Dock funktioniert natürlich nicht mehr, insofern man die Leiterbahnen am Dock-Connector durchtrennt. Andernfalls, wenn man diese nicht durchtrennt hat, würde das Laufwerk der Dock weiterhin funktionieren. Man sollte dann nur niemals ein Laufwerk in der Dock haben und die mSATA SSD im WWAN-Slot betreiben! Mit einer 54er eSATA Expresscard könnte man mit einem weiteren MOD das Laufwerk der Dock wieder nutzbar (aber nicht bootbar) machen.

Es wundert mich ja, dass noch nicht eher jemand hier den Mod mal angepackt hat.

Aber soll ich dir mal was ganz gemeines zeigen?
Die Kerle von 51nb haben gleich eine fertige Platine für den Mod:
Platine
Dock
Slot

Eine "schöne" Platine mit Zif-Connector. Der Aufwand wäre mir jetzt zu Groß für nur ein Gerät. Zudem werden ja nur 4 Signale gebraucht, also ist ne Platine sowieso Overkill.
Leider ist die Adapterplatine viel zu breit und verhindert die Nutzung des zweiten mPCIe-Slots. Ich unterstelle mal, dass in der Höhe gar kein Platz für einen weiteren mPCIe-Connector zwischen Board und Palmrest vorhanden wäre. Auf dem letzten Bild siehts schon knapp aus. Aber wenn ich mir das zweite Bild anschaue, dann wird mir schlecht bei der geschlängelten Leiterbahn Richtung Dock-Pin SATA_RXP. :facepalm: Dann doch lieber eine eigene Lösung.

Grüße Cyrix

 

[rh7]

Super Sache. Eine mSATA in Verbindung mit ner HDD ist genau das was meinem x201t noch fehlt. Kann man diese Platine von nb51 kaufen ? Selber traue ich mir diesen Mod leider nicht zu

 

[wileE]

Kann man diese Platine von nb51 kaufen ?

Nein. Ich wüsste keine noch gültige Quelle. Und Löten muss man da aber auch noch.
Außerdem sollte man bei dem Mod auch noch etwas Experimentierfreude mitbringen. Es kann schon passieren, dass man die Signalleitungen nicht auf Anhieb ohne Störungen hinbekommt.

 

[cuco]

Eine "schöne" Platine [...] wenn ich mir das zweite Bild anschaue, dann wird mir schlecht bei der geschlängelten Leiterbahn Richtung Dock-Pin SATA_RXP. :facepalm: Dann doch lieber eine eigene Lösung.

Wenn dir bei den geschlängelten Leiterbahnen schlecht wird, dann solltest du dich unbedingt mal mit Signallaufzeiten auseinandersetzen.
Ein paar Grundlagen: https://de.wikibooks.org/wiki/Digitale_Schaltungstechnik/_Signallaufzeit/_Leitungen
Wenn man will, dass seine Übertragung bei hochfrequenten Signalen stabil ist bzw. überhaupt sinnvolle Daten ankommen, dann muss man die Länge der Leiterbahnen durchaus beachten und ggf. anpassen. Sowas wird der Macher hier gemacht haben, denn die letzte Leiterbahn ist etwas kürzer. Also hat er sie durch das "Geschlängel" verlängert. Wenn du dir mal ein PC-Mainboard schnappst und dir die Leiterbahnen zwischen CPU und RAM anschaust, dann wirst du solche Geschlängel sehr häufig sehen. Aus gutem Grund. Die Leiterbahnen sind unterschiedlich lang und bei den verwendeten Frequenzen kommt sonst auf den langen Leitungen erst das Bit von "davor" an, während auf den kurzen Leitungen schon das nächste Bit da ist.

Da SATA seriell überträgt, sind die Längen nicht ganz so kritisch, das sieht bei parallelen Übertragungen ganz anders aus. Aber zumindest die Längen von einem differentiellen Leitungspaar müssen dann doch wieder zusammenpassen.

//EDIT: Hier ein Beispiel von einem (beschädigten) PC-Mainboard, wo man die geschlängelten Bahnen auch schön sieht: http://extreme.pcgameshardware.de/a...-kratzer-im-mainboard-img_20150810_200400.jpg Das machen die Layouter nicht, weil sie Langeweile oder zu viel Platz auf der Platine übrig haben

 

[flyingfishfinger]

Nett! Jetzt muss noch der neue PloP-Bootmanager entstehen, dass man auch die Expresscard-HDD booten kann.

Erinnert mich an meinen mSATA-Mod fuer's X61,ich hab die SATA-Signale vom HDD-Bay abgegriffen und an eine mSATA-Karte geleitet, welche im PCMCIA-Schacht steckt. Des weiteren habe ich per mPCIE->USB3->SATA den HDD-Bay wieder verkabelt, dass man also weiterhin eine normale (aber nicht bootbare 2.5" HDD) benutzen kann...

 

[Cyrix]

Jupp, mit Plop würde das natürlich gehen. Die Frage stellt sich nur wie oft man das DVD-Laufwerk der Dock wirklich benötigt zum Booten. Da gehts vom USB-Stick sicherlich schneller

 

[wileE]

Hast du eigentlich etwas mit den PCI Leitungen gemacht die beim WWAN Slot ja ursprünglich an die nun für SATA genutzten Pins gehen?
Bei mPCI Slots die original für mSATA vorgesehen sind geht ja nie auch PCI hin.

 

[Cyrix]

Die 4 PCIe-Signale für RX und TX müssen natürlich durchtrennt werden!

 

[wileE]

Gibt es da noch weitere eher wichtige Details der Kategorie "natürlich müssen", die du nicht in deiner Mod Beschreibung erwähnt hast?

 

[Cyrix]

Hab die Anleitung ergänzt. Danke nochmal für die Info, hatte ich wohl vergessen weil die Durchführung schon ne Weile her ist.

Vielleicht sollte man den MOD vereinfachen, sodass man den PCIe am mPCIe-Connector behalten kann. Denke eine mini-Adapterkarte wäre von Vorteil, bei der man dann nur die entsprechenden PCIe Pins durchkratzen müsste. Dann lötet man einfach die SATA-Kabel an die Adapterkarte anstatt direkt an den mPCIe-connector. Ist am Ende Stressfreier

Man könnte den Adapter dann beim nicht vorhandenen mPCIe-Connector für Turbo-Memory / Wireless-USB unterbringen, dann braucht man auch nur kurze Kabel nach rechts oben zum Adapter legen. Der Slot wurde ja damals noch beim X200 mit einem mPCIe-Connector bestückt, beim X201 fehlt dieser leider komplett inkl. aller nötigen Kondensatoren und Widerstände.

Erweiterungsadapterkarte:
http://www.ebay.de/itm/SINTECH-mini...reless-card-mSATA-mini-SATA-SSD-/221261375142

Adapter mit Zif-Verlängerung gibts wohl bis 40cm:
http://www.microsatacables.com/mini-pcie-to-mini-card-extendermsata-extension-cable-mpcie-ext-crd


Hier gibts ein Adapter mit allen 52-Pins inkl. 10cm-, 20cm- und 30cm-Zif-Kabel:
https://www.amazon.de/Mini-Express-...längerungskabel-Leistungsstarke/dp/B00T2FP7X4

ca. 20cm dafür aber nur mit Steckern:
https://www.amazon.de/dp/B00DXIESYA

 

[wileE]

Hast du eigentlich etwas mit den PCI Leitungen gemacht die beim WWAN Slot ja ursprünglich an die nun für SATA genutzten Pins gehen?
Bei mPCI Slots die original für mSATA vorgesehen sind geht ja nie auch PCI hin.

Die 4 PCIe-Signale für RX und TX müssen natürlich durchtrennt werden!

Mir ist nicht klar wie das auf einem X201 Board gehen soll. Die beiden Transmit Leitungen kann ich durch ablöten von Kondensatoren trennen.
Aber ich sehe keine Möglichkeit die Receive Leitungen irgendwie zu kappen. Bei einem X200s sind die Traces sichtbar, bei meinem X201 Board nicht.

Wie hast du das gemacht?

Der Slot wurde ja damals noch beim X200 mit einem mPCIe-Connector bestückt, beim X201 fehlt dieser leider komplett inkl. aller nötigen Kondensatoren und Widerstände.

Gelöst.

 

[mifritscher]

Hoffe, das ist noch nicht zu off-topic: kannst du in der ThinkPad X201 Schematic mal schauen, wo man am besten die Displayport-Signale von der Dockingschnittstelle abzweigen kann? Oder ist da in der Docking noch was aktives drinne?

 

[wileE]

Displayport-Signale von der Dockingschnittstelle

Mach dafür doch bitte einen neuen Thread.
Und sag warum dich das interessiert.

 

[wileE]

Mein X201 hat nun auch eine zweite SSD. Verbaut habe ich eine Transcend MTS400 m.2 SSD in einem mSATA Adapter.
Der WLAN Steckplatz ist bei mir frei weil meine WLAN Karte im reaktivierten 3. Steckplatz wohnt.

Am Adapter lassen sich an den für mSATA vorgesehenen Kontakten Drähte am Sockel anlöten. Diese führen zu einem Stück vom X6x Debugfinger den ich auf den m.2 Sockel aufgeklebt habe. Daran sind die SATA Leitungen angeschlossen.

Der erste Versuch mit einem teilweise abisoliertem SATA Kabel ging schief. Zwar wurde die SSD erkannt, aber die Schreibraten sind immer wieder bis zur Unbenutzbarkeit eingebrochen.

Mit Einzeldrähten, zu Paaren verdrillt, und einem Geflecht zur Abschirmung geht es nun prima.

Die Datenraten sind so gut wie für diese Gerätekombination erwartet werden können. Mehr kann die SSD an SATA II nicht.

Das Signal Device_Activity_Signal sorgt nur dafür, dass eine Laufwerks-LED angesprochen werden kann und bei Schreib- und Lesezugriffen die LED blinkt. Also auch nicht notwendig.

Die LED funktioniert bei mir, natürlich auch wenn nur die MTS400 eingesetzt ist.