En este articulo voy a mejorar y limpiar las salidas de audio y video de mi Sega Mega Drive Japonesa VA1 de 1988, sin añadir placas modernas, sin hacer ningún bypass y trabajando siempre con el circuito original. Me he centrado en mejorar el audio que es lo mas problematico en esta revisión de placa ya que presenta mucha distorsión, intermodulación y algunas interferencias, entre otros problemas.
Antes de nada quiero aclarar que no soy experto en electrónica ni tengo estudios relacionados con el campo, llevo unos meses aprendiendo por mi cuenta en mis ratos libres y este es mi primer proyecto de electrónica, de todas formas, me parece muy interesante publicarlo ya que actualmente no existe información de como mejorar muchos puntos de la placa que trato en el articulo ya que normalmente se suelen sustituir partes o circuitos enteros por hardware moderno y no se suele mejorar el circuito original.
Para ello haré las siguientes modificaciones:
- Cambio de condensadores electrolíticos y optimización de audio mediante ajustes personalizados.
- Cambio de reguladores lineales.
- Cambio de todos los cerámicos SMD de desacoplamiento con ajustes personalizados.
- Mejoras en los desacoplamientos del YM2612, CXA1034 y CXA1145
- Mod Jailbar Fix.
- Mod Preamp Fix con ajustes personalizados
- Mejoras en Fuente de alimentación.
1. Cambio de condensadores
Los electrolíticos que he seleccionado para soldar son los siguientes:
- Nichicon FG (Audio) (1uF 50v)
- Elna Silmic II RFS (Audio) (10uF 16v)
- Rubycon ZLH (47uF, 100uF y 470uF 35v) (ESR muy bajo)
- Nippon Chemi-Con KY (10uf 50v)
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 limpio los agujeros pasantes de estaño, en total hay 38 condensadores electrolíticos.
Placa con todos los electrolíticos soldados:
Al sustituir C1, se me ocurrió aumentar su capacitancia de 220uF a 470uF, esto puede mejora un poco la estabilidad de los reguladores y disminuir ligeramente el zumbido de baja frecuencia del transformador, pero realmente no es necesario aumentar su capacitancia.
1.1 Optimización de audio y consideraciones importantes.
El circuito de audio de Mega Drive es muy sensibles al ESR de los acoplamientos de audio, un ESR bajo en estos puntos provoca que el audio suene muy distorsionado y con resonancias, para tener un audio limpio es importante aumentar el ESR de los acoplamientos de audio todo lo posible, en especial en los acoplamientos del YM2612, para ello utilizaré electrolíticos de grado de audio Nichicon FG y Elna Silmic II RFS en estos puntos.
Actualmente no existe información sobre este tema en internet, por ahora no he visto a nadie que haya reconstruido la placa manteniendo todo el circuito original y documentado todo el proceso, todo lo que explico en este punto y en otros relacionados con mejoras en el audio son experimentos y descubrimientos propios basados en mis pruebas y escuchas.
Tras analizar los esquemas, he hecho una lista de los condensadores de acoplamiento donde se debe aumentar el ESR todo lo posible para evitar la distorsión en las salidas de audio:
- C43 YM2612 R
- C41 YM2612 L
- C42 Puerto de cartuchos L
- C61 CD L
- C44 Puerto de cartuchos R
- C40 PSG
- C62 CD R
- C50 CXA1034 Out L
- C51 CXA1034 Out R
- C30 Audio In CXA-1145
- C31 Audio Out CXA-1145
A continuación muestro una tabla del estado actual de mi placa, me habría gustado que los condensadores de 10uF tuvieran una ESR mas baja, pero en el mercado no encontré nada mejor. La columna de notas son observaciones que he ido haciendo mientras analizaba los esquemas de la placa por lo que es posible que algunas no sean exactas o claras:
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, con una salida de 5v más estable y con menos rizado, lo que aumentará las expectativas de vida útil de la placa.
3. Mod Preamp Fix
Debéis tener en cuenta que esta modificación reducirá considerablemente el volumen de las salidas AV mono y RF, se puede restaurar con otra modificación, pero no la voy a hacer ya que nunca usaré estas salidas. Las instrucciones las podéis encontrar en consolemods.
Es la primera vez que sueldo componentes SMD, ha resultado bastante fácil. Recomiendo usar una punta plana en el soldador, a mi me ha resultado mas fácil así.
Ahora vamos a trabajar en el circuito de mezcla de audio, comienzo desoldando los componentes originales a reemplazar.
Sueldo los nuevos componentes, para los condensadores de 4700pF del circuito RC del filtro de paso bajo, en lugar de usar condensadores cerámicos SMD he decidido experimentar y usar condensadores de película radiales WIMA FKP2 para intentar reducir un poco mas la distorsión y suavizar un poco los transitorios. Los alambres de los CBB añadirán algo de inductancia, pero no será un problema.
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 60 y 70% superando por mucho a mis placas VA6 de fabrica, para conseguir el mejor resultado recomiendo hacer las dos modificaciones que he comentado.
5. Cambio de condensadores cerámicos.
Uno de los fallos mas comunes que he observado al analizar varias placas de Mega Drive es que muchos condensadores cerámicos para el desacoplamiento de los chips no están bien colocados ya que están demasiado lejos de los pines de alimentación de los chips por lo que su efectividad disminuye mucho, como es el caso del Motorola 68000 y el oscilador que tienen su cerámico demasiado lejos para que sea efectivo, también ocurre con el YM2612 en menor medida, los cerámicos modernos mas precisos y con menos ESR no solucionan este problema, pero lo compensan un poco.
En la placa tenemos condensadores cerámicos en acoplamientos, desacoplamientos y filtros de paso bajo (LPF) para distintas señales, en este caso lo que mas nos interesa para limpiar el video y el audio son los desacoplamientos por lo que voy a reemplazar todos los cerámicos implicados en los desacoplamientos, he localizado un total de 22 a reemplazar.
Si reemplazamos los cerámicos implicados en los filtros de paso bajo (LPF) por modernos podemos cambiar el comportamiento de algunos filtros afectando a las señales, como por ejemplo la señal de sincronismo CSYNC, por lo que no recomiendo cambiarlos a la ligera, si están funcionando con normalidad recomiendo no tocarlos.
En el caso de los cerámicos en acoplamientos de señales, estos se pueden cambiar por cerámicos modernos SMD NP0 sin problemas, mas adelante cambiaré los 3 cerámicos de acoplamiento de la señal RGB para experimentar.
Como no existen esquemas ni ningún tipo de información de las revisiones de placas VA0-VA2, he desoldado y he medido todos y cada uno de los cerámicos a reemplazar en mi tester chino y he anotado las medidas, como sospechaba las capacitancias son muy distintas de las revisiones posteriores.
Los valores originales que montó Sega en esta placa son los siguientes:
- Entradas y salidas de los 7805: 180nF (Medidas en tester 150nF - 160nF)
- YM2612: 22nF (Medida en tester 20nF)
- Acoplamientos RGB: 27nF (Medidas en tester 25,5 - 27nF)
- Resto de cerámicos: 47nF (Medidas en tester 35 - 40nF)
No tenia cerámicos de 180nF en mi kit, así que he usado de 220nF, esta diferencia no debería cambiar nada en el desacoplo.
He sacado una foto de la placa terminada y he marcado todos los cerámicos que he reemplazado:
He revisado la hoja de datos del LM340T5 y el fabricante recomienda añadir un condensador de 0,22uF en la entrada del regulador cuando el mismo esta lejos del filtro de la fuente de alimentación, en el caso de Mega Drive la consola tiene condensadores electrolíticos y cerámicos tanto en las entradas como en las salidas de los 7805 por lo que el desacoplamiento parece correcto.
6. Corregir el riel de entrada de alimentación
Este es uno de los puntos mas mejorables de la placa, tras analizar el riel de la entrada de alimentación podemos ver que tenemos dos perlas de ferrita (FB1 y FB2) después del conector de alimentación, el interruptor, después el primer condensador electrolítico de 220uF (C1) (que yo he cambiado por 470uF), otro de 100uF (C79) cerca del anterior y por ultimo tenemos los dos reguladores lineales con sus cerámicos de desacoplamiento, el principal problema ademas de la distancia enorme de este riel que prácticamente atraviesa dos veces la placa es que el electrolítico mas cercano esta a 55mm del primer regulador.
Pensando en una forma de mejorar esto, he visto dos pasantes sin usar (C84) a 9mm del primer regulador, por lo que se me ha ocurrido mover el electrolítico de 100uF de C79 a C84 para mejorar el desacoplamiento de los reguladores. El espacio es bastante reducido, pero moviendo algunos condensadores he podido soldarlo sin problemas.
Acercar este electrolítico a los reguladores aporta una mejora muy evidente en la limpieza de la salida de audio.
7. Mejorar los desacoplamientos de los mandos
La alimentación del puerto de mandos también comparte circuito de alimentación con el audio (Vcc2, 7805 IC17) por lo que me ha parecido buena idea cambiar también los condensadores de los mandos.
Comienzo por el mando original de VA1 fabricado en 1988, he soldado un radial X7R moderno de 100nF de mucha mejor calidad que el cerámico axial original. He medido ambos cerámicos en mi tester chino y el Vloss del cerámico nuevo es 16 veces más bajo que en el antiguo (1,6% > 0,1%) por lo que parece una gran mejora.
También mejoraré otro mando mas reciente de 1992, correspondiente a una revisión VA6 PAL, en este mando tenemos dos puntos para soldar condensadores (marcados como C), por defecto solo esta poblado el mas cercano al chip, el valor original de este cerámico es de 220nF, de forma adicional voy a soldar otro 0805 de 27nF en el punto que originalmente estaba sin uso.
8. Mejorar los acoplamientos de la señal RGB.
El enconder RGB CXA1145 tiene 3 condensadores cerámicos de 27nF para el acoplamiento de las señales RGB, como experimento los he sustituido por cerámicos modernos NP0 de 100v, estos ofrecerán mucha menos resistencia al paso de la señal y son mucho mas precisos que los originales por lo que las señales RGB pasarán al encoder menos distorsionadas.
Ha sido un buen experimento, pero como sospechaba mejorar los acoplamientos no se nota nada en la salida de video.
9. Desacoplamiento del oscilador.
El oscilador esta muy mal desacoplado de fabrica, su condensador cerámico esta muy lejos y además la masa de ese cerámico esta pegada a uno de los pines de masa del VDP por lo que no parece una masa demasiado limpia.
He rascado la mascara de la placa y he soldado un cerámico X7R de 22nF en el pin de alimentación del oscilador.
Esto no tiene impacto en la salida de video, pero la salida de audio es ligeramente mas limpia y tiene menos ruido de alta frecuencia, sin embargo la mejora es muy pequeña.
10. Mejorar el desacoplamiento del VDP y MC68000.
He decidido aumentar el desacoplo del VDD del VDP a 100nF, AVS y AVC los dejaré con 47nF.
También he aumentado el cerámico del Motorola 68000 a 100nF.
Tras analizar los esquemáticos, he añadido la siguiente imagen donde indico a que pin del VDP corresponde cada cerámico:
11. Mejorar el desacoplamiento del encoder RGB.
Analizando los esquemáticos he observado que las entradas de alimentación del encoder RGB (CXA1145) no tienen ningún condensador cerámico para su desacoplamiento, este chip dispone de 2 pines de alimentación y solo es posible desacoplar en superficie de forma optima el primero de ellos (Vcc1), como hay un pad de masa de un condensador electrolítico cercano se me ha ocurrido soldar un cerámico
0805 X7R de 100nF entre el pin de alimentación Vcc1 y el de masa del electrolítico para reducir las interferencias todo lo posible, sobre todo en el audio que esta mucho mas expuesto a interferencias de video.
12. Mejorar el desacoplamiento del YM2612.
Viendo el diseño del riel de alimentación y como esta colocado el cerámico de desacoplamiento del YM2612 parece que sega lo ha utilizado tanto para desacoplar el YM como la entrada del riel de 5V, en este punto lo que mejor funciona son los 22nF originales, para mejorarlo lo he cambiado por un cerámico NP0 de 100v, este condensador es de mucha mejor calidad que los X7R y normalmente se utiliza en filtros donde se necesita mucha precisión y estabilidad, es prácticamente el doble de ancho o mas incluso, solo se encuentran en valores pequeños y son mucho mas caros, puede ser difícil o imposible de soldar en ciertos puntos debido a su tamaño, así que tenedlo en cuenta si los utilizáis.
13. Mejorar el desacoplamiento del amplificador de auriculares.
Al igual que el enoder RGB, el amplificador de auriculares no tiene condensadores cerámicos para desacoplamiento, he soldado otro cerámico
0805 X7R de 100nF entre los pines 12 y 13 del chip.
14. Fuente de alimentación.
Cuando buscamos transformadores de 230v a 100v por internet para nuestros dispositivos japoneses normalmente solo se encuentran autotransformadores no aislados, con un solo devanado y con una tensión de salida real de 115v - 120v, no es recomendable usar estos transformadores de mala calidad y con el voltaje incorrecto en dispositivos japoneses. 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 sin problema, pero si os preocupa la temperatura siempre podéis poner un pequeño ventilador de 5 - 6cm encima de la rejilla de ventilación de la consola expulsando el aire y conectado a una fuente de alimentación externa.
Como curiosidad, al comparar las fuentes japonesa y europea, las diferencias que se pueden ver a primera vista son que en la europea los diodos son mucho mas grandes debido al mayor voltaje usado en Europa. El laminado en la europea es mas ancho y no esta soldado como en la japonesa. Los diodos de la europea se ven de mucha mejor calidad pero el laminado parece mas susceptible a tener vibraciones y zumbidos.
Voy a mejorar un poco la fuente de alimentación japonesa original, siguiendo con el enfoque en el audio, he cambiado el condensador de 3300uF por un Nichicon FW de grado de audio, la fuente de MD vibra bastante y emite zumbido por lo que este condensador debería ser mejor opción en este punto.
Estos transformadores se calientan mucho por lo que he realizado agujeros en la carcasa para mejorar la ventilación, he acortado el cable a unos 25cm y también le he dado una vuelta al laminado del transformador con cinta kapton para intentar reducir la vibración.
Sega añadió un bleeder de 750ohm, en mi opinión es demasiada carga para el puente rectificador, por lo que he cambiado esa resistencia por una de 10k de 1/4w, para mi sorpresa esta ultima modificación a disminuido el zumbido de baja frecuencia y también ha disminuido significativamente las jailbars en la salida de video.
Para el puente rectificador de esta fuente usaron diodos RL201 que tienen tiempos de respuesta bastante lentos, probablemente intentaron mover el ruido de los diodos a una frecuencia lo mas baja posible para que no interfiriera con el video a costa de aumentar las interferencias en el audio, estos días he experimentado un poco con varias fuentes lineales y he descubierto que diodos con especificaciones diferentes afectan a audio y video de diferentes maneras, quizás podría investigar un poco mas y reconstruir el puente rectificador con diodos modernos mejor optimizados para nuestra consola.
15. Modificaciones adicionales.
Para mantener el riel de 5v del circuito de audio lo mas limpio posible he eliminado el led de encendido de la consola desoldando el cable y la resistencia SMD del led, esto se puede revertir fácilmente volviéndolos a soldar.
También he pegado un disipador de 25 x 25 x 5mm encima del VDP y he puesto dos disipadores en el Motorola 68000, será útil en sesiones de juego largas en verano, el chip será mas estable y debería aumentará su vida útil.
Conclusiones
Estoy muy sorprendido con los resultados de las modificaciones, hay una mejora de calidad drástica en las salidas de audio y video, el audio es lo que mas ha mejorado; la intermodulación y las interferencias se ha reducido de forma drástica y el audio suena mas brillante, la distorsión del YM2612 también se ha reducido al hacer el mod preampfix, sin embargo sigue presente y probablemente sea imposible de eliminar por completo ya que es un defecto de este chip, quizás aumentar un poco mas mas la ESR de los acoplamientos del YM podría ayudar, sin embargo es muy difícil encontrar electrolíticos de buena calidad con un ESR mas alto que los que ya he soldado.
He notado que estas revisiones tempranas tienen una mezcla de audio un poco distinta a las revisiones posteriores, personalmente la mezcla de esta VA1 me resulta mas agradable y mejor en general, el punto negativo es que requiere mucha mas investigación y trabajo debido a los numerosos fallos de diseño y a la ausencia total de información y esquemas de la placa lo que dificulta algunas modificaciones.
Otra de mis inquietudes cuando empecé a analizar la placa era cuanto seria capaz de reducir el jailbar de la salida de video sin reemplazar el circuito original, el jailbar fix junto al cambio de cerámicos y varias mejoras en filtrado y alimentación han reducido el jailbar aproximadamente un 90%, muy cerca de lo que se puede conseguir con un Triple Bypass, pero con la ventaja de respetar todo el hardware original.
En lo que respecta al audio, a nivel de ruido de fondo e interferencias probablemente estamos muy por encima del M1 Mini Mega en una placa de fábrica, pero con la distorsión adicional que genera el amplificador de auriculares y el circuito de mezcla originales de la consola, pero al igual que antes, la ventaja aquí es que tenemos el hardware original manteniendo la experiencia de escuchar la salida de audio original del sistema como la diseñó Sega, pero mucho más limpia.
Capturas de video
Capturas realizadas con OSSC y capturadora de video 1080p, esta captura esta actualizada con todas las mejoras realizadas en la placa.
