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 en el circuito original. Me he centrado en mejorar el audio que es lo mas problemático en esta revisión ya que presenta mucha distorsión, intermodulación y algunas interferencias, entre otros problemas.
Llevo unos meses aprendiendo electrónica por mi cuenta en mis ratos libres y este es mi primer proyecto de electrónica, me parece muy interesante publicarlo ya que actualmente no existe información de como mejorar muchos puntos de la placa que trato en el articulo, normalmente se suelen sustituir partes o circuitos enteros por hardware moderno y no se suele mantener el diseño 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 CXA1034, CXA1145 y VDP
- Mod Jailbar Fix.
- Desactivar los circuitos de video compuestos.
- Mod Preamp Fix con ajustes personalizados
- Reconstrucción de toda la red de filtrado de audio.
- Reconstrucción del riel de entrada
- 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 y 100uF 35v) (ESR muy bajo)
- Nippon Chemi-Con KY (1uf y 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:
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 de voltaje lineales.
He cambiado los 7805 por LM340T5 originales de National Semiconductors y he aplicado pasta térmica Arctic MX-4. Este modelo es mas preciso y tiene menos margen de error proporcionando una salida de 5v más estable.
3. Mod Preamp Fix y reconstrucción de toda la red de filtrado.
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 (C45 y C48), decidí experimentar y utilice 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. Mas adelante los terminé cambiando por cerámicos NP0 normales ya que no me terminó de gustar el montaje.
Con esto seria suficiente para corregir la distorsión, pero yo voy a reconstruir también toda la red de filtrado de audio cambiando todos los cerámicos de los filtros de audio por NP0 de 50V.
Importante; después de hacer el mod preampfix yo recomiendo ajustar también los condensadores de derivación C46 y C47, me he fijado que Sega en revisiones posteriores aumentó la capacitancia de estos condensadores de 1000pF a 2700pF, por lo tanto utilizaré 2700pF para intentar reducir el aliasing todo lo posible.
En la siguiente imagen, muestro todos los cambios que he realizado relacionados con filtrado de audio y con el mod preampfix, he indicado tanto las posiciones, como los valores y las referencias de los esquemas:
Después de realizar estos cambios, la distorsión prácticamente ha desaparecido por completo, aumentar los condensadores de derivación a 2700pF no parece afectar a la frecuencia de corte de forma audible, sin embargo disminuyen significativamente la distorsión tanto en los transitorios como en las frecuencias graves y agudas sonando mas controladas.
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.
Si únicamente queremos reducir los jailbars, con lo anterior seria suficiente, pero yo voy a desactivar todos los circuitos de video compuestos del chip para intentar limpiar la masa de la placa todo lo posible y mejorar el audio. Como al desactivar la subportadora de croma ya hemos perdido el color en las salidas de video compuestas, no perdemos nada haciendo esto.
Para ello he desoldado los condensadores de la siguiente imagen:
Esta ultima modificación limpia la masa de la placa, haciendo que el audio suene mucho mas limpio.
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 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.
Los cerámicos implicados en los filtros no recomiendo cambiarlos a la ligera, los cerámicos modernos tienen mucha menos resistencia que los de los 80 - 90 y podrían no ser adecuados para algunas señales.
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: 150 - 180nF (Medidas en tester 150nF - 160nF)
- YM2612: 22nF (tester 20nF)
- Acoplamientos RGB: 27nF (tester 25,5 - 27nF)
- Filtros RC de audio (C45 y C48): 1000pF ( tester 1050 - 1080pF)
- Derivación del mezclador de audio (C46 y C47): 1000pF
- Derivación en la salida del CXA1034 (C75 y C76): 10nF (tester 10,30nF):
- Resto de cerámicos: 47nF (tester 35 - 40nF)
No tenia cerámicos de 180nF, así que he usado X7R de 150nF y 100v.
He sacado una foto de la placa terminada y he marcado todos los cerámicos que he reemplazado:
6. Corregir el riel de entrada, ajustar la impedancia y origen del zumbido en el audio.
Si seguimos visualmente el riel de entrada podemos ver dos perlas de ferrita (FB1 y FB2) después del conector de alimentación, el interruptor, después el primer condensador electrolítico de 220uF (C1), otro de 100uF (C79) cerca del anterior y por ultimo tenemos los dos reguladores lineales con sus cerámicos de desacoplamiento. Este riel es bastante largo, prácticamente atraviesa dos veces la placa
Después de analizar este riel y hacer algunas pruebas he descubierto el origen del zumbido de baja frecuencia en el audio, el problema radica en la masa analógica del YM2612, la masa del condensador C79 esta muy cerca, si reducimos mucho la ESR de C79, la retroalimentación negativa que genera este condensador con el rizado de baja frecuencia del transformador introducen resonancia audible. Al mejorar la fuente de alimentación y ajustar la impedancia de estos condensadores el problema queda solucionado.
He experimentado bastante y he descubierto que el YM2612 necesita que el riel de entrada de alimentación tenga cierta impedancia para sonar bien, un riel con condensadores de muy baja ESR provoca que el YM2612 genere mucho aliasing y distorsión principalmente en transitorios. Probablemente está relacionado con el diseño de la alimentación de Mega Drive donde la entrada de ambos reguladores están muy cerca compartiendo el mismo tramo de pista sin un aislamiento mínimo.
El aliasing no se puede corregir del todo sin bypasear todo el circuito de audio, pero se puede reducir lo suficiente para que no sea un problema, para ello he cambiado los condensadores de entrada y salida de los 7805 (C1, C79, C4 y C74) por Nichicon FW de 16v, estos tienen una ESR lo suficientemente alta para mantener el riel estable.
De fabrica C84 esta sin usar, este se encuentra en el riel de entrada a 9mm del primer 7805, lo he aprovechado y he soldado un X7R radial de 100nF y 50v, realmente no aporta gran cosa, pero lo dejaré soldado.
También soldé un cerámico de 22nF y 250v en las ferritas del conector de alimentación para mantener el riel un poco mas limpio de posibles interferencias de alta frecuencia.
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 0805 (marcados como C), por defecto solo esta poblado el mas cercano al chip, el valor original de este cerámico es de 180nF, he soldado uno nuevo de 220nF. En los pads sin usar podría soldar uno de 22nF para complementar al anterior, sin embargo lo dejaré vacío.
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 estos acoplamientos no tiene impacto 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.
Tras analizar los esquemáticos, he añadido la siguiente imagen donde indico a que pin del VDP corresponde cada cerámico:
1. VDP
- He aumentado el condensador cerámico de desacoplamiento de VDD a 100nF.
- En AVS he soldado un cerámico adicional de 4,7uF encima del original de 47nF para mejorar el desacoplamiento del PSG.
- AVC lo he dejado con 47nF.
2. MC68000
También he aumentado el cerámico del Motorola 68000 a 100nF.
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. Desacoplamiento del YM2612.
Viendo el diseño del riel de alimentación y donde 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, en lugar de soldar un 1206, he optado por un 0805 ya que al tener menos inductancia teóricamente debería tener un mejor rendimiento en altas frecuencias.
13. Mejorar el desacoplamiento del amplificador de auriculares.
14. Mejorar la 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.
Dado que dispongo tanto de la fuente europea como de la japonesa originales, voy a eligir una de las dos para utilizar con la placa VA1, al comparar las fuentes, las diferencias que se pueden ver a primera vista son que en la europea los diodos son de 3A y 200v (30D2), el voltaje de los diodos es mayor debido a los picos de voltaje mas altos en la fuente europea, en la fuente japonesa son de 2A y 100v (RL201). La resistencia que añadieron como bleeder en la fuente japonesa es de 750ohm, mientras que en la europea es de 380ohm. El laminado en la europea es mas ancho y no esta soldado como en la japonesa.
Después de hacer varias pruebas, he notado que la fuente japonesa se calienta mucho menos al utilizarla en la placa VA1, ademas, su voltaje es 1v mas bajo tanto en vacío como en carga, por lo que los reguladores de voltaje y los condensadores electrolíticos del riel de entrada de la placa y el de la fuente trabajarán con menos temperatura, por lo tanto me quedo con la LPS japonesa.
Al utilizar la fuente japonesa en nuestra red de 50Hz, recomiendo ajustar la capacitancia del filtro para que el rizado sea similar al que se obtiene al utilizarla a 60Hz, por lo que seria necesario aumentar su capacitancia como mínimo un 20%. El condensador original es de 3300uF, por lo que deberíamos aumentarlo como mínimo a 3960uF.
He elegido un condensador de 4700uF y 16v, es un valor muy fácil de encontrar, recomiendo utilizar un condensador de propósito general con el ESR mas alto posible para reducir el riesgo de generar cualquier resonancia u oscilación, yo he utilizado un Nichicon FW, lo he tenido que colocar un poco levantado ya que choca con uno de los diodos, he colocado un poco de silicona para mantenerlo bien fijado y que no rompa la soldadura.
También he realizado agujeros de ventilación, esto reduce mucho la temperatura. Recomiendo usar la fuente con el enchufe hacia arriba para que el condensador nunca quede hacia abajo.
También he probado a alimentar la consola con una fuente lineal de buena calidad para equipos de audio basada en el diseño de la Suder900 que he ajustado a 12v, con esta ultima hay ligeramente menos ruido de fondo, sin embargo por algún motivo produce mucha mas distorsión audible, por lo que seguiré usando la fuente original, a pesar de no ser tan limpia parece que al YM2612 le gusta mas.
15. Modificaciones adicionales.
Para mantener el riel de 5v que alimenta la parte analógica 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 he conseguido recudir la distorsión y el aliasing del YM2612 prácticamente por completo, respetando el diseño original de Sega.
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.
Comparación del audio antes y después de las mejoras
La distorsión del audio es muy notoria en el juego Streets of Rage II, la captura de la placa de fabrica la he descargado de internet, mi consola sonaba bastante peor que esto.
- Mega Drive VA2 de fábrica:
- Mi Mega Drive después de las mejoras:
Las modificaciones también han mejorado significativamente la calidad del audio CD, tanto el procedente del Mega CD como el MD+ del Everdrive:
