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 e 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.
- Mod Jailbar Fix.
- Mod Preamp Fix personalizado con CBB Wima FKP2.
- 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.
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.
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.
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.
Comienzo desoldando los componentes originales a reemplazar, las instrucciones las podéis encontrar en consolemods.
Sueldo los nuevos componentes, para los condensadores de 4700pF que forman parte del filtro RC en el circuito de mezcla, en lugar de usar condensadores cerámicos SMD he decidido usar condensadores de película radiales WIMA FKP2 para que el filtro tenga una respuesta mas parecida a los cerámicos de la época, pero con un comportamiento mucho mas lineal, con menos distorsión y sin microfonía.
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.
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.
En estas placas los filtros de paso bajo (LPF) están ajustados teniendo en cuenta las características de los cerámicos de la época que tienen una ESR y perdidas internas mucho mas altas que los cerámicos modernos, si reemplazamos estos cerámicos por modernos podemos cambiar el comportamiento del filtro afectando a las señales, como por ejemplo la señal de sincronismo CSYNC de la señal RGB, 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, como las señales RGB, estos se pueden cambiar por cerámicos modernos SMD NP0 sin problemas, pero en mi caso dado que los originales están en buen estado y los nuevos no aportarán nada no los voy a cambiar.
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 35 - 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 circuito de la entrada de alimentación, está parece demasiado básico; 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 usar (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 precisos, mas vivos 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 si usamos cartuchos EverDrive que generan interferencias muy notorias, en especial la versión PRO que he comprobado que genera mas interferencias en el audio que las versiones de gama de entrada.
El puerto de mandos comparte alimentación con el circuito de alimentación de audio (Vcc2, Regulador IC17) por lo que me ha parecido buena idea cambiar también el antiguo cerámico axial del mando por un cerámico radial X7R moderno de 100nF de mucha mejor calidad. 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 para el mando, sin embargo en los cerámicos de la placa la diferencia en las mediciones es mucho más pequeña, el medidor chino que uso es muy básico y da lecturas de ESR y Vloss muy imprecisas, pero para mediciones básicas de capacitancia parece funcionar bien.
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 y emite zumbido por lo que este condensador debería ser mejor 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.
Conclusiones
Estoy muy sorprendido con los resultados de las modificaciones, hay una mejora de calidad drástica en las salidas de audio y video, superando por mucho mis mejores estimaciones, 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% - 95% acercándome mucho a 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 he superado lo que se puede conseguir con un 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 audio
Había preparado capturas de audio utilizando el Vgm Player de DeadFish, pero descubrí que en mi consola por algún motivo la música a través de este reproductor suena mas distorsionada que en los juegos reales por lo que prefiero evitarlo para hacer pruebas de audio, así que he grabado la música directamente desde los menús de 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 y estoy usando el EverDrive:
Sonic the Hedgehog 2 - Mystic Cave Zone:
Sonic the Hedgehog 2 - Emerald Hill Zone:
Yu Yu Hakusho Makyou Toitsusen - Unmeltable Flame:
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 (Rev. A):
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):
Capturas de video
Capturas realizadas con OSSC y capturadora de video 1080p
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