AV Famicom - Eliminación del ruido en el audio

En este artículo voy a mejorar la placa para eliminar los molestos zumbidos e interferencias en el audio en AV Famicom, sobre todo al usar el Everdrive original. No he utilizado guías, ni foros, ni mejoras de otros usuarios, ni mods. He modificado lo que se me ha ido ocurriendo sobre la marcha mientras analizaba la placa con mis propios ajustes.

Componentes utilizados:

• Regulador de voltaje lineal LM340T5 de National Semiconductors
• Condensadores electrolíticos:
• Rubycon YXF 1uF 50v
• Nichicon FG 10uF 50v
• Rubycon ZLH 100uF 35v y 220uF 16v
• Nichicon HV 1000uF 35v
• Nippon Chemi-Con KZH 3300uF 16v
• Condensadores solidos de aluminio y polímero conductivo:
• Nippon Chemi-Con PSG 100uF 16v
• Condensadores cerámicos MLCC con dieléctrico X7R o mejor:
• MLCC 0,01uF
• MLCC 0,047uF
• MLCC 0,1uF
• MLCC 0,47uF

1.- Comienzo por la etapa de alimentación. He cambiado el condensador C13 por un Nichicon HV 1000uF 35v.

2.- C14 es el condensador electrolítico de desacoplo de salida del 7805, Nintendo lo colocó en la parte posterior de la placa, más lejos de lo deseable de la salida del 7805 y del puerto de cartuchos, probablemente por falta de espacio, originalmente este condensador era de 1uF, en revisiones posteriores Nintendo lo aumentó a 47uF, probablemente se dieron cuenta que 1uF no era capacitancia suficiente para estabilizar el riel de 5v. He decidido sustituirlo por un Rubycon ZLH de 220uF 16v.

3.- Nintendo utilizó condensadores cerámicos de disco de 0,01uF para el desacoplo de entrada y salida del 7805, aunque cumplen su función, no son el valor más adecuado para un regulador de este tipo, voy a sustituirlos por cerámicos MLCC X7R de 0,1uF, estos son mucho más grandes que los originales y la placa tiene muy poco espacio por lo que parte del alambre quedará por fuera lo que puede reducir su rendimiento, pero no supondrá un problema.

También he soldado en superficie un cerámico de 0,01uF en la entrada del 7805 por la parte de abajo la placa para mantener el filtrado de alta frecuencia que tenia la placa originalmente.

4.- He cambiado el regulador de voltaje original por un LM340T5 original de National y he aplicado pasta térmica Arctic MX-4.

5.- La entrada de alimentación pasa por una bobina, después por C13 y se dirige hacia el interruptor de encendido en el otro extremo de la placa, el retorno del interruptor sigue el mismo recorrido hacia la entrada del 7805, este recorrido es demasiado largo, mide aproximadamente 35cm con un interruptor en medio, esto puede provocar pequeñas caídas de tensión, ruido e inestabilidad, se me ha ocurrido colocar un condensador de 100uF justo en la entrada del 7805 aprovechando los mismos pasantes para soldarlo y hacer un buen desacoplo en la entrada del 7805.

6.- C4 es el condensador electrolítico de acoplamiento de la salida de audio, el negativo (salida de audio) de este electrolítico está conectada en serie a un condensador cerámico axial de 39uF justo antes del puerto AV. Nintendo utilizó 1uF 50v en C4 para este acoplamiento, esto es insuficiente y genera cierta perdida de rango dinámico y micro detalles debido a su alto ESR. Voy a sustituirlo por un Nichicon FG de 10uF 50v que nos dará una salida más transparente y el rango dinámico completo.

7.- También he cambiado C1 por un Rubycon YXF 1uF 50v, no he analizado el circuito, pero forma parte del circuito de audio, el nuevo condensador es mucho más grande que el original y en este punto hay mucha microfonía, por lo que considero necesario fijarlo con silicona caliente a la placa.

8. He sustituido el electrolítico C15 por un cerámico MLCC. Este condensador filtra la línea de 5v que actúa como señal de control para el pulsador de reset, al mejorar el ESR y la respuesta en alta frecuencia en este punto, se eliminan casi por completo los chasquidos en el audio y los parpadeos de vídeo al reiniciar la consola.

9.- Voy a soldar un condensador cerámico MLCC de 0,1uF por debajo de la placa en los pines de 5v y GND del puerto de cartuchos para reducir las interferencias de alta frecuencia que pueda generar el Everdrive en riel de 5v.

10.- En este punto ya hemos eliminado casi todas las interferencias, pero aun se resisten, sobre todo cuando hay actividad de la PPU. Parece que Nintendo por algún motivo, seguramente por ahorro de costes, no puso electrolíticos para el desacoplamiento en los chips, únicamente usó cerámicos de 0,01uF. El EverDrive original consume más energía y genera muchas más interferencias que un cartucho normal. Esta combinación forma un cóctel perfecto para generar interferencias en el audio.

Esto es un añadido de ultima hora, voy a desacoplar la CPU y PPU con condensadores solidos de polímero, he elegido los Nippon Chemi-Con PSG de 100uF 16v. Para ello desoldaré los cerámicos originales y en su lugar soldaré los nuevos en los puntos que he indicado en la foto. Esto es un poco experimental ya que nunca he usado condensadores sólidos de polímero, pero en este punto deberían funcionar incluso mejor que los electrolíticos de ultra baja ESR.

Para el desacoplamiento también necesitamos condensadores cerámicos, para ello soldaré MLCC, he decidido aumentar a 0,047uF el del CPU, en la PPU mantendré la capacitancia de 0,01uF original, estos irán soldados por debajo de la placa en los mismos pasantes con los de polímero.

11.- También voy a mejorar la fuente de alimentación original. Al mirar su interior se puede apreciar que en las fuentes de AV / Famicom y Super Famicom Nintendo utilizó un circuito rectificador de onda completa con 2 diodos y un transformador con toma central.

He cambiado el condensador original de 2200uF por un Nippon Chemi-Con KZH de 3300uF 16v, esto reducirá ligeramente el rizado.

También he reducido la longitud del cable de alimentación a 18cm, esto reducirá las interferencias por RF y las caídas de voltaje por la longitud del cable. Se me olvidó hacer fotos, pero todo es muy fácil de soldar.

12.- Por último, fijaré con un poco de silicona caliente el resto de electrolíticos.

13.- También he aislado el escudo metálico con cinta kapton en las zonas donde he soldado por debajo por mayor seguridad.

14.- Actualmente utilizamos una gran cantidad de fuentes de alimentación conmutadas presentes en prácticamente todos nuestros dispositivos, esto puede añadir grandes cantidades de ruido armónico en la red eléctrica que la consola no está diseñada para filtrar adecuadamente, por lo tanto, recomiendo utilizar regletas con un buen filtro EMI/RFI integrado y ferritas en los cables de alimentación.

Con estas mejoras, la AV Famicom alcanza un nivel de calidad muy superior al diseño original mientras respetamos el circuito original. El audio de la placa real ahora tiene una calidad similar a los reproductores online, los sistemas FPGA y los emuladores. En mi opinión ahora suena mejor que todo lo que haya oído hasta ahora. A pesar de que he centrado las mejoras en el audio, la salida de video también ha mejorado significativamente.

Las mejoras que he percibido en el audio son las siguientes:

• Reducción drástica del ruido de fondo e interferencias y mayor estabilidad tonal.
• Eliminación total de la intermodulación y distorsión en el audio.
• Ahora se escuchan nuevos detalles, frecuencias y armónicos que antes no se escuchaban.
• Aumento enorme del rango dinámico del audio.
• Mejora enorme de los transitorios y de la linealidad.
• Mejor separación entre los canales internos del APU.
• Sin chasquidos ni parpadeos al reiniciar la consola.
• Reducción de la temperatura

Capturas de audio después de las modificaciones (sin regleta con filtro) (Everdrive N8 PRO):

Gimmick! - Good Morning (Sunsoft 5B Sound Chip):

Gimmick! - Long Tomorrow (Sunsoft 5B Sound Chip):

Gimmick! - Good Night (Take 2) (Sunsoft 5B Sound Chip):

The Legend of Zelda - Track 1 (JP):

TMNT III - Scene 3:

Castlevania 3 - Dracula's Curse JP - Beginning (Block-1) (Konami VRC6 Sound Chip):

Mega Man 2 - Air Man:

Mega Man 2 - Bubble Man:

Reparación de fuente de alimentación de Master System 2

En una compra de una Master System 1 me incluyeron una fuente de MS2 en muy mal estado, toda la fuente estaba muy oxidada y tenia pensado tirarla, pero voy a intentar repararla y mejorarla un poco.

1) Comienzo desoldando el condensador y el cable originales.

Limpio bien el polvo de oxido que desprenden las laminas con alcohol isopropílico, después aplico 3 en 1 por el laminado y lo dejo que penetre un par de horas.

Una vez retirado el 3 en 1, le voy a dar dos vueltas en cinta kapton al laminado para darle un poco de protección contra la oxidación, el laminado tiene oxido superficial, pero no debería tener impacto en el funcionamiento del transfo.

2)  Voy a soldar un nuevo cable, he elegido un cable blindado de calibre AWG20, pondré una fundas termo retráctiles para aislar la malla del cable que usare como masa en el circuito.

3) Sueldo el nuevo condensador principal de 3300uf y el nuevo cable. También he soldado un segundo condensador de 470uf para mejorar el filtrado.

Los condensadores que he elegido son:

- Nippon Chemi-Con KZH 3300uf 16v

- Rubycon ZLH 470uf 16v

4) Pego el pasacables de goma al cable, como el nuevo cable es mas delgado que el original añadire funda termo retráctil.

5) Por ultimo sueldo el conector de barril de 5,5x2,1mm en el extremo del cable con la polaridad en centro negativo.

Al probar la consola he notado que el cable blindado y el nuevo condensador mejoran ligeramente el audio en los monitores de estudio, pero el video presenta los mismos niveles de ruido de fondo por lo que parece que el blindaje del cable no aporta mucho en el aspecto del video.

Master System 2 PAL RGB - Nuevo circuito de audio y varias mejoras.

En este artículo voy a mejorar la placa de mi Master System II francesa para eliminar los molestos zumbidos e interferencias en el audio. Al principio no tenia pensado hacer muchos cambios, pero al final acabe haciendo de todo en la placa 😅😅

1. Adaptador RGB (Adapteur R.V.B.)

1.1 Modificación del scart para duplicar el canal de audio.

Por defecto la consola solo emite audio mono por el canal izquierdo. Para tener audio en ambos canales se me ha ocurrido una modificación para el scart añadiendo un nuevo pin para audio.

Hay que tener en cuenta la impedancia del equipo donde lo vamos a conectar, al duplicar la señal la impedancia se reduce a la mitad, una impedancia de entrada demasiado baja puede reducir el volumen de la consola y en casos extremos podría sobrecargar la etapa de audio. Normalmente esto no es un problema ya que los TV y duplicadores de línea tienen una impedancia bastante alta.

Simplemente sacamos con cuidado el único pin de audio que incluye este scart y cortamos el cable, después introducimos dos pines nuevos y soldamos los tres cables, los pines los podemos obtener de algún cable Scart que tengamos por casa.

Mas adelante esta modificación no me servirá de mucho ya que modifiqué la ruta del audio, pero siempre viene bien disponer de un cable con audio en ambos canales para utilizarlo en otras consolas que no estén modificadas.

1.2 Cambio de condensadores electrolíticos.

Nada mas abrir el adaptador R.V.B. he fijado bien con cables con algo de silicona caliente ya que vamos a trabajar con los cables colgando y el movimiento puede romper algún cable.

Placa original:

Placa con condensadores cambiados:

2. Placa principal

2.1 Cambio de condensadores electrolíticos

Estos son los condensadores que lleva la revisión de mi placa.

Para los nuevos condensadores voy a usar Rubycon ZLH de 100UF 35V y Nippon Chemi Con KY 10UF 50V.

La serie ZLH tiene un ESR muy bajo por lo que nos vendrán perfectos para el desacoplamiento del 7805 y la estabilidad del riel de 5v.

Placa original:

Placa con los condensadores cambiados:

2.2 Cambio del condensador C1

Analizando la placa y mirando los esquemáticos he observado que C1 (47uf) estabiliza las dos líneas VCC del puerto de cartuchos. Los Everdrive tienen un consumo mucho mayor que los cartuchos originales, por lo que se me ha ocurrido aumentar la capacitancia de C1 de 44uf a 100uf, este cambio teóricamente debería disminuir ligeramente las interferencias que genera el Everdrive en el riel de 5v, no es recomendable subir demasiado la capacitancia ya que a mas capacitancia habrá menor atenuación de interferencias con frecuencias mas altas.

Si utilizáis el Everdrive original no creo que sea necesario hacer este cambio y no recomiendo hacerlo, pero si utilizáis un clon chino como yo, si considero necesario modificar este punto ya que la inmensa mayoría de los cartuchos chinos están mal diseñados, utilizan componentes de mala calidad y consumen mucho mas que los originales introduciendo mas interferencias en la consola.

2.3 Cambio de regulador 7805

Voy a sustituir el LM340T5 original de 1A por un LM340T5 original mas moderno que entrega hasta 1,5A además de ofrecer una salida mas limpia y estable.

2.4 Modificación a 60Hz

Tan fácil como desoldar el jumper original, hacer un jumper con el alambre de un condensador y soldarlo en la nueva posición JP1 - NTSC. No hay que hacer nada mas ya que SEGA incluyó un cristal de la frecuencia NTSC en las consolas PAL RGB por lo que ya tenemos la frecuencia perfecta para NTSC.

 

La primera vez hice el mod de forma fija, pero mas tarde puse un interruptor para seleccionar la frecuencia ya que hay un puñado de juegos optimizados para PAL 50hz. 

He usado cable UL1185 AWG28, he colocado el interruptor entre los puertos AV y DC ya que ofrece la distancia mas corta y todo el tramo de cable permanece protegido de interferencias debajo del escudo de la consola. El el video que he puesto mas abajo se puede ver como ha quedado.

2.5 Resoldado del puerto AV

Me he fijado que dos soldaduras del puerto AV están un poco flojas, así que he resoldado el puerto.

2.6 Rediseño del circuito de Audio

Este es el punto mas interesante del blog, después del cambio de condensadores y regulador, el audio sigue teniendo los mismos zumbidos debido a las interferencias de video de la señal RGB y de la masa compartida con el video.

Al revisar la placa y seguir la ruta del audio he observado que la salida de audio del VDP pasa por un pequeño circuito antes del puerto AV. 

Como no he encontrado diagramas de esta revisión de placa he realizado un esquema de este filtro con el paint.

Voy a diseñar un nuevo circuito ya que el original deja mucho que desear, el nuevo circuito es muy simple:

1. He añadido un condensador electrolítico para el acoplamiento del audio y bloquear el componente de CC ya que de fábrica la consola no lo tenía, he elegido uno de grado de audio de 22uF 50v, esta capacitancia me parece suficiente para que las frecuencias más bajas atraviesen este filtro de paso alto sin problemas y su especificación de voltaje alta de 50v disminuye el ESR manteniendo la transparencia de la señal.

2. También he cambiado el condensador cerámico de disco original de 180pF que forma el filtro de paso bajo por un cerámico MLCC y he decidido reducir la capacitancia a 100pF para subir la frecuencia de corte, en este punto no considero necesario filtrar más, pues en esta placa no tenemos modulador RF y tengo bastante bien resueltas todas las fuentes de interferencias, incluida la RF.

3. He decidido mover la ferrita de Taiyo Yuden al final del circuito ya que me parecía más limpio aislarla del componente de CC. En el circuito de fábrica esta ferrita conecta la salida del circuito de audio con el puerto AV, por lo tanto, al cambiar su posición estamos desactivando la salida de audio del puerto AV de forma limpia y sin necesidad de cortar la pista.

4. Para reconstruir el circuito he usado una línea de 4 pads que había delante que no tenía ningún uso en esta revisión de placa, estos 4 pads están conectados entre si por lo que es necesario cortar la pista entre FB54 y C70 para poder soldar la ferrita. He usado el nuevo electrolítico de acoplamiento como pasarela para conectar ambas partes y la masa del audio la he obtenido de R68.

5. Por último, he colocado un puerto RCA en la carcasa conectado directamente a la salida del nuevo circuito de audio con cable blindado como se puede ver en el video.

El resultado es una salida de audio extremadamente limpia y transparente sin ningún tipo de ruido de fondo o interferencia audibles. También hay una mejora muy evidente en el rango dinámico, los transitorios y una eliminación completa de la intermodulación.

Así quedaron las modificaciones de mi Master System II:

Sega Mega Drive 1 VA1 (1988) - Cambio de condensadores y reguladores, mods Jailbar Fix y Preamp Fix

En este articulo voy a cambiar todos los condensadores electrolíticos de mi Sega Mega Drive Japonesa VA1 de 1988 e intentaré optimizar el audio de la placa con electrolíticos de grado de audio. Haré los mods Jailbar Fix y Preamp Fix que son muy interesantes en esta revisión de placa y un mantenimiento a la fuente de alimentación.

1. Cambio de condensadores

Los electrolíticos que he seleccionado para soldar son los siguientes:

- Nichicon FG (Audio) (1uF, 10uF, 47uF, 100uF, 220uF)

- Rubycon ZLH (47uF y 100uF) (ESR muy bajo, usar solo en puntos clave)

- Nippon Chemi-Con KY (10uf)

Antes de comenzar a soldar he mirado por encima los esquemáticos de una placa VA3 para saber que condensadores electrolíticos forman parte de la etapa analógica de audio y optimizar el circuito con condensadores de grado de audio.

Los condensadores de grado de audio pueden tener diferencias físicas en su construcción como enrollado menos compacto o con materiales que amortiguan vibración y a veces encapsulado más rígido para reducir resonancias, entre otras diferencias.

Retiro los condensadores antiguos y dejo los agujeros pasantes limpios de estaño para los nuevos, en total hay 38 condensadores electrolíticos.

Placa con todos los electrolíticos sodados:

2. Reguladores lineales.

He cambiado los 7805 por LM340T5 originales de National Semiconductors y he aplicado pasta térmica Arctic MX-4. Este modelo es bastante mejor que el original y proporcionarán salidas de 5v más estables, con menos rizado, además de aumentar las expectativas de vida útil de la placa.

3. Mod Preamp Fix

Es la primera vez que sueldo componentes SMD, no ha resultado dificil.

Comienzo desoldando los componentes originales a reemplazar, las instrucciones las podéis encontrar en consolemods.

Sueldo los nuevos componentes, para el filtro de paso bajo; en lugar de usar condensadores cerámicos SMD he decidido usar condensadores radiales de película WIMA para obtener un mejor rendimiento.

4. Aumento de la distorsión tras las modificaciones.

Después de realizar todo lo anterior el audio de Streets of Rage 2 sonaba mejor gracias al Preamp Fix, sin embargo ha aparecido nueva distorsión que antes no estaba, aparece en forma de resonancias en frecuencias graves y una falta de pegada en bajos.

Tras el recap de la consola y varias escuchas de audio he descubierto que el circuito de audio en esta placa es muy caprichoso con el ESR de los condensadores, un ESR demasiado bajo como el de los Rubycon ZLH que he utilizado provoca mucha distorsión y resonancias incluso si estos están en la etapa de alimentación digital.

Para intentar solucionarlo he cambiado algunos condensadores mas, he desoldado C52, C53 y C74 y esta vez he sodado condensadores de grado de audio, C53 y C74 no parecen aportar mucho, sin embargo al cambiar C52 si noté un poco menos de distorsión en las pruebas.

A continuación muestro una tabla del estado actual y probablemente definitivo de mi placa, se puede optimizar mejor, pero implica resoldar un gran numero de condensadores y someter a la placa a mas estrés, por lo que no haré mas cambios:

La salida de auriculares seguía un poco distorsionada, así que he probado a añadir resistencias de 12k en paralelo en cada canal en el propio cable RCA, contando con la impedancia de mi ADC, la impedancia total que verá el amplificador de auriculares de la consola será aproximadamente de 11k. Esto ayuda bastante, posiblemente unas resistencias mas bajas como 8 - 10k habrían funcionado aun mejor. Si en vuestra unidad no tenéis distorsión no hace falta que hagáis esto.

El acabado de estos cables no es el mejor, pero están bien soldados y aislados por lo que servirán.

4. Mod Jailbar Fix

Comienzo desactivando el pin 6 del CXA1145, para esto normalmente se recomienda cortar o levantar el pin. Después de analizar la placa he encontrado una forma mucho mas limpia y sin necesidad de tocar el chip, simplemente debemos desoldar el condensador de acoplamiento en la entrada de dicho pin, esto desconecta el pin de la misma forma que si lo cortáramos o lo levantáramos.

Desactivar el pin anterior no tiene efecto en mi placa, tengo los mismos jailbars que antes. Ahora probaré a desoldar el pin 50 del VPD, tras desoldar el pin noté que el pad / pista no estaba muy firme así que la despegue de la placa por seguridad, de todas formas esta pista no se puede utilizar ya que genera muchas interferencias. Si en el futuro necesitamos recuperar la salida de video compuesto recomiendo soldar un cable para evitar las interferencias.

Esto ha supuesto una gran mejora, hay una reducción del Jailbar entre el 80 y 90%, para conseguir el mejor resultado recomiendo hacer las dos modificaciones que he comentado.

Captura de la consola con las modificaciones realizadas:

5. Fuente de alimentación.

Por internet normalmente solo se encuentran autotransformadores de 230v a 110v no aislados y con un solo devanado, no es nada recomendable usar estos transformadores de mala calidad y con el voltaje incorrecto en placas japonesas. En caso de no disponer de un buen transformador con salida a 100v recomiendo usar una fuente europea con nuestra Mega Drive japonesa. Según la etiqueta, el voltaje de las fuentes europeas es 1v mayor al de las japonesas, los 7805 pueden disipar esa pequeña diferencia de voltaje perfectamente sin problema, pero si nos preocupa la temperatura siempre podemos poner un pequeño ventilador de 6cm encima de la rejilla de ventilación de la consola, es algo que se me ocurrió hace poco y funciona perfectamente.

He añadido un condensador adicional de 1000uF y 16v en mi fuente de alimentación europea para disminuir mas el rizado. También le he dado una vuelta con cinta kapton al laminado del transfo para intentar reducir las vibraciones.

Según las mediciones el nuevo condensador consigue reducir el ruido de fondo en el menú del Everdrive 0,7 - 0,8dB RMS en una placa VA6.5 PAL sin mejorar.

Anteriormente rehíce el cable ya que estaba debilitado en el pasacables de goma. El cable esta un poco marcado ya que anteriormente cambié varias veces ese condensador hasta encontrar un valor mas optimo. El nuevo condensador tiene el tamaño perfecto para no que no interfiera con nada.

Por ultimo, añado un poco de silicona caliente para dejarlo todo bien fijado y ya hemos terminado.