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: