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 de la placa.
No soy experto en electrónica ni tengo estudios relacionados con el campo, pero llevo unos meses aprendiendo por mi cuenta en mis ratos libres y este proyecto de Mega Drive me ha ayudado a aprender y a comprender mejor distintos aspectos del audio y de la electrónica.
Para ello haré las siguientes modificaciones:
- Cambio de condensadores electrolíticos y optimización de audio
- Cambio de reguladores lineales
- Cambio de todos los cerámicos SMD de desacoplamiento
- Mod Jailbar Fix
- Mod Preamp Fix
- 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 dejo los agujeros pasantes limpios de estaño para los nuevos, en total hay 38 condensadores electrolíticos.
Placa con todos los electrolíticos sodados:
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 del transformador, pero realmente no es necesario cambiarlo.
1.1 Optimización de audio y consideraciones importantes.
Las placas de Mega Drive son 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.
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 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 y proporcionará salidas de 5v más estables, con menos rizado, además de aumentar las expectativas de vida útil de la placa.
3. Mod Preamp Fix
Debéis tener en cuenta que esta modificación reducirá considerablemente el volumen de la salida mono de la salida AV y RF, se puede restaurar con otra modificación, pero no la voy a hacer ya que nunca usaré la salida de audio mono.
Es la primera vez que sueldo componentes SMD, ha resultado ser bastante facil. Recomiendo usar una punta plana en el soldador, a mi me ha resultado mas fácil así.
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 que el filtro tenga una respuesta un poco mas suave.
6. 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% superando por mucho a mis placas VA6 de fabrica, para conseguir el mejor resultado recomiendo hacer las dos modificaciones que he comentado.
7. Cambio de condensadores cerámicos.
Voy a reemplazar todos los condensadores cerámicos encargados de los desacoplamientos, en total he localizado 22 cerámicos a reemplazar. Los cerámicos relacionados con filtros y acoplamientos de señales los dejaré originales ya que son mas sensibles y requieren un dieléctrico de mucha mas calidad y mucha mas precisión que la de los X7R.
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)
- Resto de cerámicos: 47nF (Medidas en tester 30 - 40nF)
No tenia cerámicos de 180nF en mi kit, así que he usado de 220nF (Medidas en tester 188nF - 190nF), esta diferencia no debería cambiar nada en el desacoplo.
Mis cerámicos de 22nF marcaban una capacitancia demasiado baja en mi medidor (17nF) por lo que he optado por aumentar el desacoplo del YM2612 a 33nF (28nF en tester), en este punto podríamos usar otros valores cercanos como 47nF sin problemas.
He sacado una foto de la placa terminada y he marcado todos los cerámicos que he reemplazado:
Tras analizar el desacoplamiento de la entrada de alimentación, está parece demasiado básica; este riel es muy largo (30cm aproximadamente) y no tiene ningún cerámico hasta la entrada del primer regulador (IC15), entre el conector de alimentación y el primer regulador solo tenemos dos perlas de ferrita (FB1 y FB2) y electrolíticos de 220uF y 100uF, buscando una forma de mejorar esto he visto dos pasantes sin poblar (C84) justo antes de los reguladores y he soldado un MLCC radial X7R de 100nF, quedando de esta forma:
Cambiar los cerámicos ha disminuido aun mas el jailbar haciéndolo casi invisible, los colores se ven mas vivos y mucho mas precisos y bonitos, el audio suena mas limpio y el silbido de alta frecuencia en el audio ha desaparecido por completo. Casi nadie presta atención a los cerámicos pero son importantes, sobre todo para limpiar el circuito de video, el circuito del reloj y los buses de memoria.
8. 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.
Siguiendo con el enfoque en el audio, cambiaré el condensador de 3300uF por un Nichicon FW, la fuente de MD vibra un poco por lo que este condensador debería ser una buena opción en este punto.
He revisado la hoja de datos del LM340T5 y el fabricante recomienda añadir un condensador de 0,22uF en la entrada cuando el regulador lineal esta lejos del filtro de la fuente de alimentación, en el caso de Mega Drive la consola tiene condensadores electrolíticos y cerámicos en las entradas de los 7805, de todas formas añadiré un condensador de película de polipropileno de Phili Pilkor dentro de la fuente aprovechando dos agujeros pasantes libres, he optado por 0,47uF ya que este valor filtrará mejor el ruido que genera el puente rectificador como los picos de recuperación inversa de los diodos en el rango que puede ser mas audible en la consola.
Fuente japonesa terminada:
He realizado los mismos cabios también en mi fuente europea, el PCB es muy similar al japones.
Como curiosidad, al comparar ambas fuentes, 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.
Capturas de audio
Estoy muy sorprendido con los resultados de las modificaciones, hay una mejora de calidad enorme en las salidas de audio y video, esta placa VA1 es la que mejor suena de todas las que he probado, superando a varias VA6 con condensadores y reguladores nuevos.
Había preparado capturas de audio utilizando el Vgm Player de DeadFish, pero descubrí que por algún motivo la música a través de este reproductor suena mas distorsionada que en los juegos reales por lo que no sirve para hacer pruebas de audio, así que he grabado la música directamente desde los juegos.
Las capturas de audio suenan bien a pesar de que mi ADC es bastante malo, el potenciómetro de volumen de la consola esta al máximo:
Gunstar Heroes - Military on the Max-Power:
Streets of Rage 2 - Go Straight:
Thunder Force IV - Metal Squad (Stage 8):
Streets of Rage - Fighting in the Street:
Earthion - The Vanguard Awakens:
Castlevania Bloodlines - Calling From Heaven (Stage 6):
Streets of Rage 2 - Go Straight (MD+) (Remake OST):
Streets of Rage 2 - Jungle Base (MD+) (Remake OST):