Wie das Drift-Problem bei der PS5 entsteht
Technik erklärt

Wie das Drift-Problem bei der PS5 entsteht

In diesem Video, das den Joystick Drift ganz genau erklärt, kannst du sehen, wie Potentiometer funktionieren.

Seit der mit Spannung erwarteten Markteinführung der PS5 ist  nun ein knappes Jahr vergangen, wenige Monate später wurde wegen des Joystick-Drifts der High-Tech DualSense Controller von Sony eine Sammelklage eingereicht. Wer hätte das gedacht? Naja, eigentlich jeder. Jeder hätte das kommen sehen müssen. Denn während das Gerät tatsächlich einiges an spannenden neuen Technologien bietet, wurde bei den Controllern auf eine herkömmliche Joystick-Hardware mit einer langen Vorgeschichte absehbarer und vermeidbarer Probleme zurückgegriffen. Und die untersuchen wir jetzt mal bis ins kleinste Detail. 

Ganz wie auch bei der PlayStation 5 an sich hat man beim DualSense Controller das Gefühl, ein Gerät aus der Zukunft in der Hand zu halten. Es verfügt über neue adaptive Trigger und ein verbessertes haptisches Feedback. Schaut man allerdings tiefer ins Gerät, kriegt man bei den Joystick-Modulen eher ein Seinfeld-Flashback. Sie sind in mancher Hinsicht sogar weniger modern als einige Joystick-Technologien der späten 90er Jahre.

Sony ist zwar nicht die einzige Firma, die herkömmliche Joystick-Module verwendet, aber genauso wie Microsoft haben sie die Reparatur dieser Komponente, die sich mit der Zeit abnutzt, sehr schwierig gemacht. Die begrenzte Lebensdauer von Joysticks ist bekannt, sie wird auf dem Produktblatt des Herstellers aufgeführt. Sie sind vorhersehbarerweise ab einem bestimmten Zeitpunkt kaputt, und man kann sich daher fragen, ob es seitens des Herstellers Absicht ist, dass sie aus Kostengründen keine Joysticks verbauen, die verlässlicher oder austauschbar sind.

Auf geht’s ins Innere eines DualSense Controllers, um herauszufinden, was genau versagt, und wie.

Das Potentiometer-Problem

Öffnen eines PS5-Controllers und Entfernen der Hauptplatine.

In unserem PS5 Teardown haben wir das Zerlegen des Controllers detailliert beschrieben, daher konzentrieren wir uns hier jetzt gleich auf die Joysticks. Im Gegensatz zu den Tasten und dem analogen Steuerkreuz sitzen die Thumbsticks des DualSense direkt auf der Hauptplatine des Controllers. 

Wenn man die Kappe eines PS5-Joysticks anhebt, kommt ein Modul mit der Aufschrift "ALPS" zum Vorschein.

Die Joystick-Module an sich werden von der Firma Alps hergestellt, ein Name, der jedem bekannt ist, der schon einmal in ein tiefes Tastatur-Loch gefallen ist, oder sich mit einem Trackpad-Driver herumschlagen musste. Die japanische Firma (früher Alps Electric, heute Alps Alpine) hat sich auf Input- und Sensorgeräte spezialisiert.

So sehr man auch versucht sein mag, die Schuld für die Drift-Probleme der PS5 auf Alps zu schieben, ist die Firma jedoch wahrscheinlich nicht schuld an der ganzen Geschichte, denn trotz des Markennamens kommt uns dieses Joystick-Modul außerordentlich bekannt vor. Vielleicht kennst du es schon vom PlayStation Controller der vorherigen Generation, dem DualShock 4. Oder von den Xbox One Controllern. Vielleicht auch vom Nintendo Switch Pro Controller. Oder, irgendwie verwirrenderweise, vom Xbox One Elite Controller für 145 €. Unter dieser Kunststoffkappe verbirgt sich nämlich ein schmutziges Geheimnis: Alle benutzen die gleiche Joystick-Hardware.

Es erfordert einen ziemlichen Aufwand, um einen genaueren Blick darauf werfen zu können. Beide Joystick-Module sind mit der Controller-Platine verlötet, und zwar mit jeweils 16 Lötpunkten. Und dazu kommen zwei Drähte für die Haptik-Motoren auf jeder Seite.

Blick auf die Rückseite eines PS5-Controllers, mit freiliegender Platine.

Ohne eine Lötausrüstung kriegst du diese Joysticks nicht raus: Du brauchst dazu auf jeden Fall einen Lötkolben, Flussmittel, Entlötlitze und/oder eine Entlötpumpe und viel Geduld. Andernfalls könntest du auch alle anderen Komponenten mit Hochtemperatur-Klebeband abdecken, und einen ganzen Topf Lötzinn erhitzen und alles da rein tunken. Wir haben uns für eine traditionellere Methode entschieden und ihn so lange mit Heißluft angepustet, bis das Lötzinn aufgegeben hat.

Abziehen des Joystick-Moduls von der Unterseite einer Steuerplatine in einem Schraubstock.

Sobald das gesamte Joystick-Modul entfernt ist, können wir es auseinanderhebeln und das Innere begutachten.

Geöffnete Joystick-Potentiometereinheit mit zylindrischem Schleifer und runden Kontaktstreifen.

Unter jeder dieser meergrünen Abdeckungen befindet sich ein Potentiometer, also zwei pro Joystick, die jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Der eine Potentiometer erfasst die Auf-/Abbewegungen, der andere die Links-/Rechtsbewegungen.

Um zu verstehen, welche Rolle sie spielen, ist es hilfreich zu wissen, wie ein Potentiometer bei der Positionsmessung vorgeht. Zunächst beginnt man mit einem Materialstreifen mit einem bekannten, gleichmäßigen Widerstandswert, d. h. der Wert, der angibt, wie stark das Material versucht, einen durch ihn fließenden elektrischen Strom zu stoppen. Dann wird an jedem Ende ein Anschluss angebracht, so dass eine bekannte Spannung auf den gesamten Streifen übertragen werden kann. Nun wird ein dritter Anschluss hinzugefügt, ein sogenannter Schleifer, der auf dem Streifen hin und her gleitet. Der Spannungswert am Schleifer ändert sich vorhersehbar, je nachdem, wo sich der Schleifer befindet – näher am einen oder am anderen Anschluss oder genau dazwischen.

Diagramm zur Veranschaulichung der Potentiometerschaltung.
Beschreibung der Funktionsweise eines Potentiometer aus dem JEITA Handbuch für Potentiometer

Die Potentiometer in den DualSense-Joysticks funktionieren ähnlich, nur dass sich der Schleifer nicht in einer geraden Linie hin und her bewegt, sondern auf einer halbkreisförmigen Bahn aus gedruckter Kohlenstofffolie läuft. Wenn du den Joystick mit deinem Daumen bewegst, dreht er zwei kleine Achsen, von denen eine mit jedem Schleifer verbunden ist. Die Schleifer übertragen ihre Positionen in Spannungswerte, die der Controller auswertet, um die Position und Bewegung des Joysticks zu bestimmen. 

Potentiometerteile, horizontal angeordnet.
Ein vollständig zusammengesetztes Potentiometer, wie es auf dem Joystick eingebaut ist (links), und seine einzelnen Bestandteile: der Schleifer (Mitte) und die Kohlebahn (rechts)

Ein moderner Joystick verfügt noch über zwei weitere bemerkenswerte Komponenten. Die Eine ist eine Feder, die den Joystick in eine zentrierte, neutrale Position zurückbringt, wenn du ihn loslässt. Die andere ist die Drucktaste, die viele Controller an ihren Thumbsticks haben.

Das Gehäuse, die zentrale Feder und der Tastendruckmechanismus eines Joystick-Moduls.
Nach dem Ausbau der beiden Potentiometer bleiben nur noch das Metallgehäuse, die Zentrierfeder und die Drucktaste übrig – hier von einem PS5-Joystick-Modul

Nachdem wir nun wissen, wer das Ding gebaut hat und wie es funktioniert, wollen wir uns damit beschäftigen, was daran nicht funktioniert.

Warum der Drift entsteht

Zwei Produkte aus dem Alps Katalog.

Niemand kennt die Besonderheiten der PS5-Joysticks besser als das Unternehmen, das sie herstellt. Also werfen wir einen Blick auf das Datenblatt von Alps für die RKJXV-Serie, einen ThumbPointer™ (Stick Controller) für „Gaming“-Zwecke. Wenn du dich auf eBay und anderen Shopping-Websites umsiehst, wirst du Varianten dieser Modellnummer neben vielen PlayStation-, Xbox- und Switch Pro Controller-Joystick-Ersatzprodukten finden. Gleich auf der ersten Seite des Produktdatenblatts wird die Lebensdauer der Potentiometer des RKJXV angegeben: 2.000.000 Zyklen.

Einer von unseren Teardown-Technikern hat seine eigenen Call of Duty: Modern Warfare (2019) Controller-Interaktionen gemessen, um die Lebensdauer des Joysticks zu berechnen. Im Durchschnitt haben sie in zehn verschiedenen 30-Sekunden-Intervallen etwa 100 volle Potentiometerumdrehungen pro Minute gemacht. Wenn du ein weniger Joystick-intensives Spiel als First-Person-Shooter mit 80 Umdrehungen pro Minute spielst, kommst du in 25.000 Minuten oder 417 Stunden auf 2.000.000 Umdrehungen, und das sind nur 209 Tage, wenn du 2 Stunden pro Tag spielst. Bei etwas dynamischeren 120 Umdrehungen pro Minute sind es 139 Tage bei 2 Stunden Spielzeit pro Tag. Die von Alps angegebene Zeitspanne für genaue Joystick-Messungen beträgt also nach der hypothetischen Erfahrung eines Spielers 4 bis 7 Monate, und das bei einer Obergrenze von 2 Stunden pro Spielzeit (Pandemiebedingungen also nicht mit einbezogen).

Das bedeutet nicht zwangsläufig, dass dein Joystick ab diesem Zeitpunkt driften wird, er könnte auch schon früher versagen oder aber noch viel länger gut funktionieren. Aber nichts hält ewig, und Potentiometer sind da keine Ausnahme. Und das sind die Gründe dafür:

1. Abnutzung der Sensoren

Die erste mögliche Ursache für einen Drift ist am schwierigsten zu vermeiden: der Verschleiß der Potentiometer. Mit der Zeit entstehen durch das Hin- und Herbewegen des Schleifers auf dem Widerstandsbereich Unebenheiten, die die Spannungswerte an den Anschlüssen verändern – wie bei einer gesprungenen Schallplatte oder zerkratzten CD. Es ist erwähnenswert, dass die berüchtigten Joy-Con-Sticks der Switch zwar innen ganz anders aussehen, mit Schleifern, die sich über flache Pads statt über kreisförmige Bahnen bewegen, aber sie können auf genau dieselbe Weise versagen: Abnutzung der Pads, was zu falschen Messwerten führt.

2. Materialermüdung der Feder

Wir sollten aber nicht die ganze Schuld auf diese kleinen Widerstände schieben. Damit sie funktionieren, müssen sie die Bewegungen des Joysticks von einem einheitlichen, neutralen Ausgangspunkt aus messen. Wenn du deinen Joystick bewegst, kann der federbelastete Mechanismus zur Selbstzentrierung leicht ausleiern, wodurch ein neuer „neutraler“ Punkt entsteht. In diesem Fall können die Potentiometer die relative Position des Joysticks immer noch genau ablesen, aber diese Position ist objektiv falsch.

3. Dehnung des Materials

Das soll nicht heißen, dass die Dehnung des Kunststoffs im Joystick keine Rolle spielt. Schließlich stößt man mit den Joysticks ständig an ihre Grenzen, manchmal sogar ziemlich hart, sei es beim Driften in Forza oder beim stressigen Wettlauf mit der Zeit in Overcooked. Wir vermuten aber, dass dies eher zu einer gewissen Ungenauigkeit in der Joysticksteuerung insgesamt führt als zu einem konstanten Drift im Zeitlupentempo.

4. Schmutz, Staub, Feuchtigkeit und sonstiger Dreck

Und schließlich ist da noch der größte Feind, gegen den wir alle seit den Tagen der NES-Kassetten anzukämpfen versuchen: Verschmutzung. Durch das ständige Schleifen von Kunststoff auf Kunststoff beim Spielen entsteht zum Beispiel Kunststoffstaub, der sich im Joystick-Mechanismus ansammeln kann. Die meisten modernen Joysticks verwenden selbstschmierende Kunststoffe, um ein reibungsloses Funktionieren zu gewährleisten. Selbstschmierend bedeutet, dass sie sich selbst abbauen; sie funktionieren zum Teil, indem sie winzige Mengen ihres eigenen Materials opfern.

Wir und andere haben einige Erfolge bei der Beseitigung des Drifts erzielt, indem wir das Innere des Potentiometers mit Druckluft, Kontaktreiniger und/oder Isopropylalkohol gereinigt haben. Ohne einen vollständigen Aus- und Wiedereinbau wird der Staub  aber oft nur verschoben, nicht vollständig entfernt. Er könnte also zurück in den Joystick wandern, während du weiterhin noch mehr davon erzeugst.

Und dann ist da noch die Verschmutzung durch die Außenwelt. Potentiometer sind anfällig für extreme Temperaturen, Feuchtigkeit, Oxidation/Korrosion und ja, auch für kleine Partikel. Denn dein Zuhause ist ja kein Reinraum.

Verschiedene Lösungsansätze, einschließlich Kalibrierung, und warum sie nur manchmal funktionieren

Wenn du nicht unbedingt löten willst, gibt es jede Menge YouTube-Videos, die erklären, wie man einen Joystick ohne Hitze und nur mit viel Geduld und manchmal feinmotorischen Fähigkeiten reparieren kann. Du könntest zum Beispiel die Gehäuse der Potentiometer abhebeln und den rotierenden Schleifer ersetzen oder reinigen. Oder du könntest versuchen, sowohl den Schleifer als auch seine Graphitbahn vorsichtig zu reinigen. Einige Leute haben versucht, die Potentiometer-Hardware ein wenig zu verdrehen, um leicht falsche Positionsanzeigen zu korrigieren.

Optionsbildschirm für Call of Duty: Modern Warfare, mit hervorgehobener Deadzone-Option.
Deadzone-Optionen in Call of Duty: Modern Warfare (2019).

Einige Konsolen und sogar manche Spiele bieten eine Joystick- oder Deadzone-Kalibrierung, mit der viele dieser Probleme behoben werden können. Allerdings gibt es bei der Software-Kalibrierung ein paar Probleme:

  • Eine Kalibrierung kann hilfreich sein, wenn du ein anhaltendes, unidirektionales Problem mit dem Zentriermechanismus (Rückholfeder) deines Joysticks hast. Eine allgemeine „Lockerheit“ oder eine abgenutzte Stelle an einem Potentiometer lässt sich damit allerdings nicht beheben. 
  • Abhilfe für einige Arten von Lockerheit schafft eine „Deadzone“-Kalibrierung. Dadurch werden kleine Bewegungen des Steuerknüppels von den Spielen ignoriert. Wenn sich das Problem jedoch verschlimmert, musst du die Deadzone ausweiten, um dies zu kompensieren, was eine präzisere Steuerung des Joysticks unmöglich macht.
  • Verunreinigungen sind, wie zu erwarten, nichts, was man mit Software beheben könnte.

Dann gibt es noch die Reparaturen, die Lötarbeiten erfordern, und selbst hier wird die Situation kaum verbessert. Fabrikneue Joysticks sind dafür bekannt, dass die Widerstandswerte der einzelnen Potentiometer stark variieren, was – du hast es bestimmt schon erraten – eine Softwarekalibrierung ab Werk erfordert. Dieses Kalibrierungsprofil ist auf der Steuerplatine gespeichert, nicht im Joystick selbst. Ohne das Werkskalibrierungs-Tool können nagelneue Ersatz-Joysticks – ähem – abdriften. Ungeachtet dessen haben heldenhafte Bastler eine mühsame Ausweichlösung nach der anderen ausgetüftelt. Um es kurz zu machen: Diese Dinger könnten viel einfacher zu reparieren sein.

Die wahre Lösung liegt bei den Konsolenherstellern

Wenn es bei deinem Controller zu einem Drift kommt, hast du im Grunde drei verschiedene Optionen: Du kannst ihn reparieren (entweder selbst oder durch einen erfahrenen Techniker), du kannst den Controller an den Hersteller zurückschicken und auf eine Reparatur warten (wenn es noch innerhalb der Garantie ist) oder du kannst einen neuen Controller kaufen. Wir finden es seltsam, dass Konsolenhersteller, die Tausende von Stunden mit der Entwicklung ihrer Controller verbringen, nicht einfach zugeben können, dass Joysticks Verschleißteile sind, und sie dementsprechend so konstruieren, dass sie leichter ersetzt werden können.

Gerade ein Gerät, mit dem man normalerweise seine Frustration abreagiert und das so hohes Suchtpotential hat, sollte doch nicht von vornherein auf eine perfekte Leistung nur bis zu 2.000.000 Zyklen ausgelegt sein? Entwickler sollten das schon bei der Konzeption berücksichtigen. Nintendo hat sich trotz seines langen Schweigens zu den Joy-Con-Drift-Fehlern wenigstens für einen leicht austauschbaren Joystick entschieden, der mit Kreuzschlitzschrauben und einem flexiblen Kabel gesichert ist und nicht mit 16 Lötstellen. Und selbst wenn ein Joystick die Stabilität von Lötstellen benötigt,  wäre es doch möglich, wenigstens eine „Breakout-Platine “ zu verwenden, wie sie häufig bei Handys und anderen tragbaren Geräten zu finden ist. Eine kleinere Platine könnte den Joystick und die erforderlichen Drähte und Chips beherbergen und dann über ein abnehmbares Kabel mit der Hauptplatine verbunden werden.

Und das sind ja nur die offensichtlichen Möglichkeiten. Man könnte aber auch noch weiter gehen und Stiftsockel für das Controllermodul entwerfen, wie man sie zum Beispiel von der ErgoDox-Tastatur kennt. Noch besser wäre ein modularer Controller wie der Astro, der nicht viel klobiger aussieht als andere moderne Controller, aber über austauschbare Komponenten verfügt, die nicht gelötet werden müssen. Wir sind fest davon überzeugt, dass Konsolenhersteller auch mit dem Verkauf von limitierten, themenbezogenen Controller-Teilen ein Vermögen machen könnten.

N64 Controller Joystick Evan-Amos, CC0 / Wikimedia Commons

Konsolenhersteller könnten auch von vornherein eine zuverlässigere Joystick-Hardware wählen. Die Dreamcast, die etwa 1999 erschien, verwendete Hall-Effekt-Sensoren in ihren Controllern. Die Magnete konnten sich zwar auch über einen sehr langen Zeitraum abnutzen, aber Magnete sind austauschbar. Im mittleren Joystick des N64 befanden sich optische Sensoren, die Eingaben ähnlich wie eine klassische Kugelmaus erfassten. Der Joystick selbst war anfällig für physische Durchhänge und Neigung, aber die Sensoren waren wahrscheinlich immer noch präzise.

Letztendlich sind die wahren Schuldigen für das Drift-Problem also der Mensch und der Profit. Diese Controller sind im Vorfeld billiger in der Herstellung, aber teurer in der Reparatur, wenn sie kaputt gehen. Vielleicht können die Gaming-Unternehmen die offensichtliche Tatsache, dass Joysticks versagen, nicht mit dem Image ihrer Technologie als makelloses, hochmodernes und völlig nahtloses Unterhaltungserlebnis in Einklang bringen. Aber wir glauben, dass die meisten Leute es doch vorziehen würden, etwas realistischer an ein so unglamouröses Teil wie einen Thumbstick heranzugehen. Das wäre doch viel besser, als einen Controller einschicken zu müssen oder nochmal etwa 60 Euro für einen neuen Controller auszugeben, nur um ein Teil zu ersetzen, das eigentlich nur 88-Cent kostet.

Hinweis: Wir hatten Alps Alpine, Sony und Nintendo um einen Kommentar zu diesem Beitrag gebeten, wir haben vor der ursprünglichen Veröffentlichung dieses Artikels keine Antwort erhalten.