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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK SONY PLAYSTATION oder 32-Bit-Video-Set-Top-Box-Schaltkreisfunktionen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / TV Für Videospielliebhaber wird heute eine breite Palette an Videospielkonsolen (VVP) produziert: von „Dendy“ bis „Nintendo Ultra-64“. Der Autor setzt eine Reihe von Artikeln über die Schaltkreise solcher Geräte fort und spricht über die „Sony PlayStation“ – ein japanisches 32-Bit-IPP, das die gesamte Gaming-Welt eroberte. Die präsentierten Informationen erleichtern nicht nur die kompetente Bedienung und Selbstreparatur, sondern erweitern auch den technischen Horizont der Leser. Trotz der kurzen Geschichte der Entwicklung von 32-Bit-IVP war sie bereits vom Konkurrenzkampf transnationaler Konzerne, die Computerausrüstung herstellen, geprägt. Vergleichseigenschaften der bekanntesten Set-Top-Boxen dieser Klasse sind in der Tabelle aufgeführt. 1. Sie können bedingt in „exotisch“ und „Standard“ unterteilt werden. Erstere umfassen weniger verbreitete oder schmalprofilige IVP: „Sega32X“ – das ursprüngliche „Präfix zum Präfix“, das die Fähigkeiten des 16-Bit-„Sega Mega“ erweitert Laufwerk-2"; „Philips CD-i“ – eine multifunktionale TV-Set-Top-Box zum Abspielen von Informationen von interaktiven optischen Discs im CD-i-Format; „Commodore CD32“ oder „CDTV“ – ein Projekt, das seiner Zeit voraus war, trug zum Beginn der Verbreitung von Spielprogrammen auf CD-ROM bei, aber der Entwickler hatte nicht die Beharrlichkeit und die Mittel, um den Markt zu erobern.
„Standard“ 32-Bit-IVP kann als „3DO“ [1], „Sega Saturn“, „Sony PlayStation“ und ihre zahlreichen Klone angesehen werden. Allgemeine Merkmale dieser Produkte: Spielprogramme werden auf Laser-CDs (CDs) gespeichert, Fernsehbilder werden im NTSC- oder PAL-Standard mit Stereoton erzeugt, es werden verschiedene Peripheriegeräte bereitgestellt (von einer „Laser“-Pistole bis zu einem Autolenkrad). mit Pedalen), ist es möglich, normale Musik-CDs anzuhören und mit den Formaten Foto-CD und Video-CD zu arbeiten. Das Präfix „3DO“ mit eher bescheidenen technischen Eigenschaften ist ein Erfolg, da es etwas früher als seine Konkurrenten auf den Markt kam. IVP „Sega Saturn“ wird durch erfolglose Preisgestaltung und unzureichenden Software-Support daran gehindert, populär zu werden. Dennoch galt es einige Zeit als Hauptkonkurrent der „Sony PlayStation“ (im Folgenden nennen wir sie einfach „PlayStation“), die von vielen als das beste der 32-Bit-IVPs angesehen wird. Dies wird durch eine große Anzahl (mehr als 600 sind bekannt) von Spielprogrammen dafür bestätigt, die von so bekannten Unternehmen wie Electronic Arts, Mindscape, Capcom, Konami, Lucas Arts und Disney Software erstellt wurden. Hochgeschwindigkeits-XNUMXD-Spiele mit einem „Live“-Bild und einer virtuellen Rückfahrkamera liegen in etwa auf dem Niveau derjenigen, die auf Computern mit einem Pentium-Prozessor jüngerer Modelle implementiert sind. Die ersten „PlayStation“-Modelle, die für japanische, amerikanische oder europäische TV-Standards konzipiert waren, waren nicht vollständig kompatibel. Später wurden sie universell und funktionieren sowohl mit Marken- als auch mit südasiatischen CDs. Schaltung und konstruktiv-technologisches Design der „PlayStation“ sind sehr sorgfältig durchdacht. Der relativ hohe Preis macht sich durch erhöhte Qualität und Zuverlässigkeit bezahlt. WIE PLAYSTATION FUNKTIONIERT Als nächstes werden wir über eines der neuesten Modelle von „PlayStation“ sprechen – SCPH5502. In Anbetracht seines Geräts verwenden wir nach Möglichkeit die Referenzbezeichnungen der auf Leiterplatten gekennzeichneten Elemente, obwohl diese nicht immer unseren Standards entsprechen (Transistoren werden beispielsweise mit dem Buchstaben Q und nicht mit VT bezeichnet, Mikroschaltungen mit IC). , nicht DD oder DA, Anschlüsse sind CN, nicht X). Die Markennummerierung der Elemente ist dreistellig und die Ziffer in der höchstwertigen Ziffer gibt die Zugehörigkeit zu einem bestimmten Subsystem der Set-Top-Box an. Leider sind viele Artikel nicht gekennzeichnet. Wenn ihre Bezeichnungen noch aus anderen Quellen stammen, werden sie auf den Diagrammen und im Text mit einem Apostroph angegeben (z. B. IC105'). Der Rest wird nach ESKD mit jeweils ein- bis zweistelliger fortlaufender Nummerierung bezeichnet Diagramme. Der Einfachheit halber sind die Typen der meisten Transistoren und Dioden gemäß dem Siemens-Katalog [2] angegeben. Tatsächlich weist die „PlayStation“ in vielen Fällen Elemente asiatischer Produktion auf, deren Art aufgrund der fehlenden Kennzeichnung nicht ermittelt werden kann. Im Standardlieferumfang der „PlayStation“ sind eine Systemeinheit (Konsole), ein Joystick, ein Netzkabel, ein Kabel zum Anschluss an ein TV-Gerät und eine Demo-CD enthalten. Der Anschlussplan der Systemeinheit ist in Abb. dargestellt. 1. Sein Herzstück ist die Prozessorplatine, auf der sich fast alle Hauptknoten der Set-Top-Box und sieben Anschlüsse befinden:
Dieser Antrieb enthält elektromechanische Einheiten von CD-Rotationssystemen und Lesekopfbewegung mit Infrarot-Halbleiterlaser und Empfangsfotomatrix. Durch Drücken der Taste „ÖFFNEN“ wird der Zugriff auf den Festplattenbehälter für dessen Installation oder Entfernung geöffnet. Das Breakout-Board verteilt die Schaltkreise des Steckverbinders CN102 des Prozessorboards auf vier Ausgänge. Zwei davon (neunpolig) dienen zum Anschluss des Haupt-Joysticks („1“) und der zusätzlichen Joysticks („2“) an die Konsole, der Rest (achtpolig) für andere Peripheriegeräte. Die Stromversorgung des IVP erfolgt über einen Impulsspannungswandler auf der Leistungsplatine über das 220-V-Netz. Der Zweck der Tasten „POWER“ und „RESET“ ist standardmäßig: Einschalten der Stromversorgung bzw. Versetzen des Prozessorsystems in den Ausgangszustand. Der Konverter funktioniert ständig, solange der Netzstecker in der Steckdose steckt. Im Leerlauf liegt der Stromverbrauch bei maximal 2,3 Watt. Nach dem Einschalten der Set-Top-Box mit der „POWER“-Taste erhöht sich diese auf 6 ... 11 Watt. Platinen-zu-Platinen-Verbindungen von Stromkreisen werden mit gewöhnlichen Drähten und Hochfrequenz-(Informations-)Kabeln mit einem elastischen Flachbandkabel hergestellt. Bei der Herstellung von Anbauteilen wird häufig die moderne Technologie der automatisierten Montage von Elementen auf der Oberfläche von Leiterplatten eingesetzt. Fast alle auf der Prozessorplatine verbauten Elemente sind sogenannte SMD-Elemente (Surface Mount Device). In dieser Bauform werden heute nicht nur Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und Mikroschaltungen hergestellt, sondern auch Induktivitäten, Sicherungseinsätze, Steckverbinder und vieles mehr. LEISTUNGSPLATINE Im Gegensatz zu 8- und 16-Bit-IVPs, die über eine lineare Stromversorgung verfügen, verwendet die „PlayStation“ eine gepulste. Seine Vorteile sind Effizienz, geringe Wärmeentwicklung, hohe Stabilität der Ausgangsspannungen bei Netzschwankungen und Laststromänderungen. In verschiedenen Betriebsmodi verbraucht die Set-Top-Box einen Strom von 180 ... 800 mA von der Quelle über den +7,6-V-Kreis und 360 ... 500 mA über den +3,3-V-Kreis. Die Ausgangsspannung wellt sich bei ausgeschalteter Last 100 mV nicht überschreiten. Quelleneffizienz - 53...75 %. Durch die erhöhte Wandlungsfrequenz und den Einsatz eines Quasi-Resonanzkreises werden gute Parameter erreicht [3, 4]. Das schematische Diagramm der Leistungsplatine ist in Abb. dargestellt. 2. Über den Entstörfilter C001L001C002 wird die Netzspannung der Gleichrichter-Diodenbrücke D001 – D004 und dann dem Spannungswandler zugeführt. Der Kondensator C003 glättet Wellen. Die zur Erhöhung der Zuverlässigkeit in Reihe geschalteten Kondensatoren C010, C011 verbinden den Gleichrichter mit dem gemeinsamen Kabel (GND-Kreis) der Set-Top-Box, wodurch der Einfluss von Störungen, die das Netzwerk durchdringen, abgeschwächt wird. Gemäß den elektrischen Sicherheitsvorschriften sollte die Gesamtkapazität dieser Kondensatoren 6600 pF nicht überschreiten [5].
Ein Single-Cycle-Spannungswandler ist nach der Sperroszillatorschaltung mit Sperrdiodenschaltung aufgebaut. Seine Arbeit basiert auf der Ansammlung von Energie im Magnetfeld des Transformators T001 während des geöffneten Zustands des Schlüssels und seiner anschließenden Übertragung auf die Last. Die „selbstgeschützte“ Taste an den Transistoren Q001 und Q002 ist so konzipiert, dass bei Überlastungen und Transienten der durch sie fließende Strom begrenzt wird, ohne gefährliche Werte zu erreichen. Der Stromsensor besteht aus einem Widerstand R009 und einer Diode D008. Die Spannung von dort wird der Basis des Transistors Q002 zugeführt und öffnet diesen mit einem starken Anstieg des Emitterstroms des Transistors Q001. Dadurch wird dessen Basisstromkreis überbrückt, was zu einer Strombegrenzung führt. Bei der Erstinbetriebnahme wird der Schlüssel durch den durch den Widerstand R003 fließenden Strom geöffnet. Die für den Betrieb des Generators erforderliche Rückkopplungsspannung wird der Basis des Transistors Q001 von der Wicklung II des Transformators T001 zugeführt. Der Kondensator C004 bildet zusammen mit der Kapazität des Kollektorübergangs des Transistors Q001 und der Streuinduktivität des Transformators T001 einen Serienschwingkreis, der auf eine Frequenz nahe der Umwandlungsfrequenz abgestimmt ist. Dadurch nimmt die Spannung am Kollektor Q001 eine nahezu sinusförmige Form an [3, 4]. Die Überspannungsschutzschaltung C005R002D005 schützt den Transistor Q001 vor einem Durchbruch. Die Spannungen der Sekundärwicklungen III und IV des Transformators T001 werden durch Schottky-Barrieredioden D101, D102 gleichgerichtet, die sich durch einen geringen Vorwärtsspannungsabfall auszeichnen, der die Energieeigenschaften der Quelle verbessert. Widerstände R101, R102 - Vorschaltgerät. Sie erzeugen die Last, die für einen stabilen Betrieb des Umrichters im Leerlauf erforderlich ist. Die Zenerdiode D103 mit einer Stabilisierungsspannung von 10 V begrenzt mögliche Spannungsstöße bei Transienten. Nach Passieren der Glättungsfilter C101L101C103 und C102L102C104 werden die gleichgerichteten Spannungen über den Schalter SW101 und den CN101-Stecker der Prozessorplatine zugeführt. Nach dem Schließen der Kontakte des Schalters SW101 leuchtet bei Vorhandensein beider Versorgungsspannungen die grüne LED PD101 auf, die im Kollektorkreis des „digitalen“ Transistors (Digitaltransistor) Q101 liegt. Dieses relativ neue elektronische Gerät ist logischerweise KEIN Open-Collector-Element. Es besteht aus einem herkömmlichen Transistor und einem Widerstandsteiler im Basiskreis. Der Eingang des letzteren kann direkt mit dem Ausgang einer digitalen TTL- oder CMOS-Mikroschaltung verbunden werden. „Digitale“ Transistoren unterscheiden sich voneinander im Aufbau (npn oder pnp) und Widerstandswerten (1 ... 47 kOhm). Die Ausgangsspannung des Wandlers wird stabilisiert. Über einen Teiler aus den Widerständen R3,3, R101 wird dem Eingang des Fehlanpassungsverstärkers IC106 eine Spannung zugeführt, die proportional zum Ausgang im +107-V-Kreis ist. Der Ausgang des Verstärkers ist über die Widerstände R103, R104 und die Optokoppler-LED PC001 mit dem +7,6-V-Stromkreis verbunden. Wenn eine der Ausgangsspannungen ansteigt, erhöht sich der Strom durch die LED und umgekehrt. Dadurch ändert sich der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Fototransistors des Optokopplers, der in den Rückkopplungskreis des Sperroszillators eingebunden ist. Dieser Vorgang bewirkt eine solche Änderung der Frequenz und Dauer der erzeugten Impulse, dass die Ausgangsspannungen wieder auf die Nennwerte zurückkehren. Beispielsweise verringert sich bei einer Erhöhung der Lastleistung um das 1,5-fache die Umwandlungsfrequenz von 160 auf 120 kHz bei gleichzeitiger Erhöhung der relativen Dauer des offenen Zustands des Transistors Q001 (d. h. Energieakkumulationszeit). Die Ketten R010C008 und R105C105 verleihen dem automatischen Spannungsregelsystem dynamische Stabilität. Der Stabilisierungskoeffizient ist recht hoch: Die Spannung im +3,3-V-Kreis ändert sich nur um 0,5 %, wenn der Laststrom von 0,035 auf 1 A steigt. Bei einer Spannung von +7,6 V ist dieser Indikator schlechter – 11 %, wenn der Laststrom steigt ändert sich von 0,075 auf 1 A. Wenn einer der Ausgänge kurzgeschlossen wird, schaltet der Wandler in den Stromstabilisierungsmodus. Nach Beseitigung des Kurzschlusses wird der Normalbetrieb automatisch wiederhergestellt. Wie bereits erwähnt, funktioniert der Konverter die ganze Zeit, solange der Netzstecker in der Steckdose steckt, auch wenn die Kontakte des Schalters SW101 „POWER“ geöffnet sind. Daher sollten Sie das IVP nicht längere Zeit in diesem Zustand belassen – eine Fehlfunktion der Leistungsplatine kann zu einem Brand führen. Beachten Sie die Hochspannung auf dieser Platine, wenn Sie das EVP für Reparaturen öffnen. Die Leistungsplatine verfügt über einen IC102-Timer, der ein Reset-Signal für die Prozessorplatine erzeugt. Beim Einschalten der Set-Top-Box mit der Taste SW101 sowie beim Drücken und Loslassen der Taste SW102 erscheint an ihrem Ausgang ein Impuls mit niedrigem Logikpegel und einer Dauer von 500 ms. Das zeiteinstellende Element ist der Kondensator C106. Die Schaltung D105, R111, R112, D106 erzeugt bei einem kurzzeitigen Spannungsabfall im +7,6-V-Kreis ein Reset-Signal. Dadurch schaltet sich der IVP-Prozessor nach dem sogenannten „Absinken“ der Netzspannung automatisch ein startet neu. Stabilisierungsspannung D105 - 5,1 V. Bei der Auswahl eines Ersatzes für die aktiven Elemente der Leistungsplatine sollten deren in der Tabelle angegebene Parameter berücksichtigt werden. 2.
Bei Bedarf kann der „digitale“ Transistor Q101 durch jede herkömmliche n-pn-Struktur mit geringer Leistung ersetzt werden, indem ein Widerstand mit einem Widerstandswert von ca. 10 kΩ in Reihe zu seiner Basisschaltung geschaltet wird. Als IC101 können Sie TLP431CLP, TL1431 (Texas Instruments), HA174 (Hitachi), KR142EN19 verwenden. Im letzteren Fall ist zu berücksichtigen, dass es Chargen von Geräten mit nicht standardmäßiger Pinbelegung gibt. Der TLP621-Optokoppler (PC001) kann durch einen TLP521 oder NEC256 ersetzt werden. Um die Zuverlässigkeit der Leistungsplatine zu erhöhen und die von ihr beim Anschluss an das Netzwerk erzeugten Störungen an anderen elektronischen Geräten zu reduzieren, wird empfohlen, einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 001 ... 10 Ohm und einer Nennleistung einzubauen von mindestens 100 W. SCHALTTAFEL Das Leiterplattendiagramm ist in Abb. dargestellt. 3, die Position der Kontakte seiner externen Anschlüsse - in Abb. 4.
Bitte beachten Sie, dass die als OUT bezeichneten Schaltkreise mit unterschiedlichen digitalen Indizes Eingangsschaltkreise für TPI sind und SYN und PE Ausgangsschaltkreise sind. Die Platine ist geschirmt. Ein 80 mm langes flexibles Kabel verbindet ihn mit dem Sockel CN102 der Prozessorplatine. Bitte beachten Sie, dass die Reihenfolge der Kontakte der XS3-Buchse gegenüber der CN102 umgekehrt ist. Joysticks, Pistole, Lenkrad, Lenkrad und andere „Werkzeuge“ des Spiels werden an die Buchsen XS1 und XS4 angeschlossen. XS2 und XS5 sind für SCPH-1020-Speicherkarten konzipiert, Geräte im Visitenkartenformat mit nichtflüchtigem FLASH-Speicher, der sich den aktuellen Status unterbrochener Spiele merkt. Dies unterscheidet „PlayStation“ positiv von anderen TRPs, da Sie durch die Übertragung der Karte auf eine beliebige Konsole des gleichen Typs das Spiel fortsetzen können. Die Kapazität der „Memory Card“ beträgt 1 Mbit (15 Speicherblöcke zu je 64 Kb, der sechzehnte wird für offizielle Zwecke verwendet). Es werden „Memory Card+“ mit einer Kapazität von 8 Mbit/s (120 Blöcke) ausgegeben. JOYSTICK Joysticks für „PlayStation“ sind komfortabel und zuverlässig im Betrieb. Beachten Sie, dass es neben den Standardgeräten auch fortgeschrittenere Geräte mit Force-Feedback (Force-Feedback) gibt, bei denen beispielsweise Vibrationen die Reaktion des Spielobjekts (Flugzeug, Auto) auf eine Steueraktion simulieren. Bekannte Joysticks mit drahtloser Verbindung (Infrarotstrahlen) mit der Prozessoreinheit sowie präziser Analog-Digital-Verbindung, die ein präzises Manövrieren in Kampfspielen, Auto- und Flugsimulatoren ermöglichen. Betrachten Sie die Struktur der SCPH-1080-Joysticks, die mit der Set-Top-Box geliefert werden. Sie werden oft als „Gamepads“ oder „Joypads“ bezeichnet, da das Spiel (Spiel) nicht durch die Auslenkung des Hebels (Sticks), sondern durch Druck auf die elastischen „Kissen“ (Pads) gesteuert wird. Entsprechend der internen Struktur können diese Produkte bedingt in gewöhnliche und verbesserte Produkte unterteilt werden. Erstere enthalten einen rahmenlosen, mit Masse gefüllten Mikroschaltkreis, an den die Kontakte aller Tasten angeschlossen sind. Der Taktgenerator der Mikroschaltung arbeitet mit einer Frequenz von etwa 200 kHz, der Wert seines externen Frequenzeinstellwiderstands beträgt 27 ... 91 kOhm. Manchmal ist auf der Platine ein Kondensator mit einer Kapazität von 200 pF bis 0,01 uF verbaut. Der verbesserte Joystick (sein Diagramm ist in Abb. 5 dargestellt) basiert auf der Mikroschaltung 23-0271A der japanischen Firma Mitsumi.
Der IVP-Prozessor fragt während des Reverse-Frame-Scans des Fernsehers 50 Mal pro Sekunde den Zustand der Tasten ab. Dazu werden die Signale PE1, PE2, SYN1, SYN2 erzeugt, bei denen es sich um Impulsstöße handelt, die sich mit einer Periode von 20 ms wiederholen. Als Reaktion darauf erscheinen am Ausgang des Joysticks OUT2 Synchronimpulse mit der gleichen Frequenz, deren Form nicht vom Zustand der Tasten abhängt, und an OUT1 - ein Signal ähnlich dem in Abb. 6.
Gedrückte Tasten entsprechen zu bestimmten Zeitpositionen Impulsen negativer Polarität. Betrachtet man dieses Signal mit einem Oszilloskop an Pin 9 der Buchse X4 der Schaltplatine (siehe Abb. 3), kann man beurteilen, dass der an Buchse X1 angeschlossene Joystick funktioniert. Der Betrieb des DD1-Chips wird durch einen internen Oszillator getaktet, dessen Frequenz (4 MHz) durch einen piezokeramischen Resonator (PCR) BQ1 aus einer festen Lösung von Bleititanat-Zirkonat stabilisiert wird. Typische Parameter des RCC der deutschen Firma Herbert C. Jauch [6] sind wie folgt: Frequenzabweichung vom Nennwert bei 25°C - nicht mehr als +0,5%, Frequenzdrift im Temperaturbereich -20...+80 °C – nicht mehr als +0,5 %, Widerstand bei Resonanzfrequenz – nicht mehr als 30 Ohm, Alterungskoeffizient – nicht mehr als +0,3 % für 10 Jahre. RCCs sind bei gleicher Frequenz 1,5- bis 5-mal günstiger als Quarz-RCCs und zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus. Letzteres ist besonders wichtig für Joysticks und andere von Kindern genutzte Geräte. Die Nachteile können als verringerte Frequenzstabilität und Qualitätsfaktor angesehen werden. Bei Bedarf kann der im Joystick verbaute HCJ-4.0 RCC durch einen 169 MHz PK4 Quarzresonator und zwei 33 pF Kondensatoren ersetzt werden. Die Buchse X1 ist über ein 2 m langes siebenadriges Kabel mit dem Stecker X2 verbunden, dessen Pins 2 und 7 nicht belegt sind. Im Abstand von 10 ... 30 mm vom Stecker befindet sich eine zusammenklappbare Kunststoffdüse. Darin befindet sich eine auf das Kabel aufgesetzte Ferrithülse mit einem Durchmesser von 16 ... 20 und einer Länge von 25 ... 30 mm. Durch die Erhöhung der Induktivität der durch sie verlaufenden Drähte und der magnetischen Kopplung zwischen ihnen unterdrückt die Durchführung die Gleichtaktkomponente der durch das Kabel fließenden Ströme, wodurch die abgestrahlten Funkstörungen reduziert werden. Wenn die Hülse im Inneren der Düse „baumelt“, kann sie mit Kleber oder einer Gummidichtung fixiert werden. Der beschriebene Joystick wird in Oberflächenmontagetechnik hergestellt und zeichnet sich durch gute Stabilität der Oszillatorfrequenz, Schutz externer Schaltkreise und Wartbarkeit aus. Dank des X1-Steckers kann das Verbindungskabel zur Reparatur oder zum Austausch von der Leiterplatte getrennt werden. Die Kontaktpads der SB1-SB14-Taster sind mit einer schwarzen, nicht oxidierenden Kohlenstoffbeschichtung versehen. PROZESSORPLATINE Das Blockschaltbild der Prozessorplatine ist in Abb. 7 dargestellt. 1. Darauf werden acht Blöcke ausgewählt. Die Zugehörigkeit eines Elements zu einem von ihnen wird durch die erste Ziffer der Nummer in seiner Referenzbezeichnung bestimmt: Computersystem – 2, Videografik – 3, digitale Datenverarbeitung – 4, Tonkanal – 5, Video-Encoder – 6, Stromversorgung - 7, CD-Schnittstelle -ROM - 8, Anpassungsblock - XNUMX.
Die leistungsstarke „PlayStation“ verfügt über einen Zentralprozessor mit einer Struktur namens RISC (Reduced Instruction Set Computer – ein Computer mit einem reduzierten Befehlssatz). Seine Merkmale werden ausführlich in [7, 8] beschrieben. Erinnern wir uns an die wichtigsten: Im Befehlssystem sind nur elementare Operationen vorgesehen; alle Befehle haben die gleiche Länge und Struktur; Mikroprogrammsteuerung wird durch Hardware ersetzt; minimiert die Anzahl der Speicherzugriffe. In den frühen 90er Jahren wurden mehr als ein Dutzend Arten von 32-Bit-RISC-Prozessoren hergestellt, darunter Am29000 (AMD), 88000 (Motorola) und Clipper (Fairchild). Für „PlayStation“ wurde R3000A ausgewählt, entwickelt von der amerikanischen Firma MIPS Computer Systems. Die Entscheidung war kein Zufall. Bereits im April 1991 gründeten Sony, Microsoft, NEC, DEC, Siemens, Compaq und mehrere andere das ACE-Konsortium, das einen einheitlichen Ansatz für die Entwicklung von Computertools entwickelte. Als Basis wurden MIPS RISC-Prozessoren und die Intel x86-Prozessorfamilie empfohlen. Die MIPS-Architektur wurde Anfang der 80er Jahre an der Stanford University (USA) als Basis für den Bordcomputer des Raketenabwehrsystems entwickelt [8]. Der R3000-Prozessor wurde am 28. März 1988 von MIPS angekündigt. Dabei handelt es sich um ein Gerät der zweiten Generation, einen würdigen Nachfolger des berühmten R2000, einem der ersten RISC-Prozessoren, die das kommerzielle Stadium erreichten. Der ursprüngliche R3000 in Kombination mit dem R3010-Coprozessor lief mit 25 MHz und einer Geschwindigkeit von 20 Millionen Operationen pro Sekunde, wobei jeder durchschnittlich 1,25 Zyklen benötigte. Der R3010 wird oft als Co-Dolmetscher bezeichnet. Es analysiert und führt seine Befehle parallel zum Zentralprozessor aus und beschleunigt so die Addition und Multiplikation von Gleitkommazahlen um das 5- bis 10-fache. Dank der Verbesserung der Technologie erschien in Zukunft der R3000A-Prozessor mit einer auf 45 MHz erhöhten Taktfrequenz. Ich möchte anmerken, dass er nach heutigen Maßstäben bereits ein „alter Mann“ ist. Buchstäblich ein Jahr nach der Markteinführung der „PlayStation“ entwickelte MIPS den 64-Bit-RISC-Prozessor R10000, der mit einer Frequenz von 275 MHz arbeitet. Der R3000A verfügt über eine Harvard-Architektur, also getrennte Befehls- und Datenspeicherplätze. Es ist mit einer internen Pipeline ausgestattet, dank derer es bis zu fünf Befehle gleichzeitig verarbeiten kann. Das Funktionsprinzip des R3000A-Förderers ist in Abb. dargestellt. 8.
Jeder Befehl wird in fünf Zyklen ausgeführt. Im ersten von ihnen (VC) erfolgt eine Auswahl des auszuführenden Operationscodes aus dem Speicher. Im zweiten Schritt (RT) liest der Prozessor aus seinen Registern die Daten, die zur Ausführung des Befehls erforderlich sind. Im dritten (OP) führt die arithmetische Logikeinheit die angegebene Operation aus. Anschließend werden Daten mit dem Speicher ausgetauscht (PM) und das Ergebnis der Operation (ZP) in die Register geschrieben. Da sich die Befehle mit einer Verschiebung auf den „Threads“ der Pipeline befinden, sind in jedem Taktzyklus alle Prozessorknoten mit ihrer Arbeit beschäftigt und die Ausführung eines der Befehle ist zwangsläufig abgeschlossen. Der nächste aus dem Programmspeicher wird sofort auf den frei gewordenen „Thread“ gelegt. Leider ist ein solch ideales Bild nur möglich, wenn die Ausführung des Befehls nicht die Ergebnisse der Arbeit der vorherigen Befehle erfordert, die noch nicht abgeschlossen sind und in der Pipeline sind. In solchen Fällen müssen Sie Zeit damit verschwenden, auf die erforderlichen Daten zu warten. Beim R3000A betragen die Verluste durchschnittlich 25 %. Auch Pipeline-Leerlaufzeiten sind mit Zugriffen auf externen Speicher verbunden. Um sie zu beseitigen, wird ein schneller Cache-Speicher verwendet, der als Puffer zwischen dem Prozessor und dem relativ langsamen Haupt-RAM dient. RISC-KERN Paradoxerweise verfügte MIPS nie über eine eigene Halbleiterproduktion. Lizenzen für das Recht zur Herstellung von RISC-Prozessoren wurden an viele Firmen verkauft. Wie bereits erwähnt, verwendeten die ersten „PlayStation“-Modelle den R3000A-Chip des amerikanischen Unternehmens LSI Logic Inc. In späteren Modellen, darunter dem hier betrachteten, ist ein spezieller 208-Pin-VLSI CXD8606AQ von Sony Computer Entertainment Inc. verbaut. (SCEI), das den Prozessor selbst, ähnlich dem R3000A, den R3010A-Coprozessor, den Programm-Cache, den Daten-Cache, den Bus-Arbiter und die Schnittstellenknoten umfasst (Abb. 9). Der CXD8606AQ arbeitet mit einer Taktrate von 33,9 MHz und 30 Millionen Operationen pro Sekunde. Die Frequenz der Taktimpulse CLK, die vom integrierten Quarzoszillator X101' kommen, ist doppelt so hoch wie angegeben. Die Geschwindigkeit des Datenaustauschs auf dem Systembus erreicht 132 Mbit/s.
Externer dynamischer Daten-RAM (IC106) mit einer Kapazität von 16 Mbit kann aus einem 70-poligen A65844- oder A67871-Chip (Toshiba) oder vier 28-poligen KM48V514DJ-6 (Samsung) bestehen. Das Betriebssystem der Video-Set-Top-Box ist „fest verdrahtet“ in einem 32-poligen IC102-Programm-ROM (M53403IE-04 oder 3030 von SCEI) mit einer Kapazität von 4 Mbit. Es umfasst Programme zum Erstellen musikalischer und grafischer Bildschirmschoner sowie zwei Menüs: einen Musik-CD-Player und einen „Memory Card“-Dienst. Übrigens ist die Gestaltung von Menüs und Begrüßungsbildschirmen in der amerikanischen und europäischen Version von „PlayStation“ unterschiedlich. VERBINDER FÜR COMPUTERSYSTEME Die Position der Anschlüsse auf der Rückseite der „PlayStation“ ist in Abb. dargestellt. 10 (Kontaktnummern werden entsprechend ihrer Kennzeichnung auf der Leiterplatte angegeben). Das Rechensystem umfasst die Stecker CN103 „PARALLEL I/O“ und CN104 „SERIAL I/O“. Darüber hinaus verfügt die Prozessorplatine über eine CN102 „JOYSTICK“-Buchse, die über ein flexibles Kabel mit der Schaltplatine im Inneren der Set-Top-Box verbunden ist.
Auf Abb. 11 zeigt den Schaltplan der CN102-Buchse. Insgesamt gibt es sieben davon: vier Ausgänge und drei Eingänge, wobei letzterer über die Widerstände R1-R3 an eine +3,3-V-Stromversorgung angeschlossen ist. Polarität. Beispielsweise ist der Eingang OUT3 (der Name sollte nicht irreführend sein, dieses Joystick-Ausgangssignal ist das Eingangssignal für den Prozessor) durch den Ferritfilter FL1, die Diode VD1, den Widerstand R4 und den Kondensator C1 geschützt. Die Induktivitäten L104-L106 unterdrücken Störungen, die in die Stromkreise eindringen, und erfüllen häufig auch die Funktion von Sicherungen, die bei Kurzschlüssen durchbrennen.
Kleine Ferritfilter, ähnlich dem erwähnten FL1, die in Form von SMD-Elementen ausgeführt sind, werden in „PlayStation“ häufig verwendet. Ihr Frequenzgang ist bis zu Frequenzen von 100 ... 300 MHz monoton, es kommt zu keinen Schwingungen („Klingeln“) bei transienten Vorgängen. Diese Produkte unterscheiden sich von anderen ähnlichen Produkten durch das schwarze Gehäuse ohne Beschriftungen und Markierungen auf der Leiterplatte, beginnend mit dem Buchstaben F. Typische Parameter der Filter der Murata Mfg. BLM11-Serie. Co.: Größe 0603, maximaler Strom - 0,2 ... 0,5 A, aktiver Widerstand - 0,1 ... 0,7 Ohm, Impedanz bei einer Frequenz von 100 MHz - 60 ... 600 Ohm. Der CN103-Parallelport-Stecker ist für den Anschluss von Hochgeschwindigkeitsperipheriegeräten konzipiert, die direkten Zugriff auf den Systembus des Prozessors benötigen. Es kann sich beispielsweise um ein Modul zum Ansehen von Videos von Video-CDs handeln. Die meisten der 68 Steckerpins sind über 102 Ohm Widerstände mit verschiedenen Pins von IC103, IC305, IC308, IC402, IC602, IC150 verbunden. Die Pins 1, 5, 16, 19, 34, 35, 39, 50, 53 und 68 sind GND. Die Versorgungsspannungen über die Drosseln L110 und L111 werden an die Kontakte 18, 52 (+7,6 V) und 17, 51 (+3,3 V) angeschlossen. Die Kontakte 31 und 65 sind kostenlos. Der Schaltplan für den seriellen Anschlussstecker CN104 ist in Abb. dargestellt. 12. Alle Ein- und Ausgänge sind durch Dioden VD1-VD6 und Filter FL101-FL106 geschützt, und die Stromkreise sind durch Drosseln L101 und L102 geschützt. Eingangssignale (außer IN1) werden dem Prozessorchip über Inverter an den Transistoren Q102 und VT2 zugeführt. Ausgangssignale (außer Q1) werden von Open-Collector-Wechselrichtern an den Transistoren VT1 und Q103 erzeugt.
Der serielle Port wird hauptsächlich zum Verbinden zweier Konsolen beim Spielen im „Netzwerk“-Modus verwendet, der in vielen Programmen („Command & Conquer“, „Duke Nukem“) vorgesehen ist. Die Spieler kämpfen gegeneinander, jeder kontrolliert seine Konsole. Die Länge des siebenadrigen Verbindungskabels (Link-Kabel) beträgt bis zu mehreren Metern. Wenn kein Markenprodukt vorhanden ist, kann es nach dem in Abb. gezeigten Schema hergestellt werden. 13. Wenn keine geeigneten Kabeldosen vorhanden sind, verwenden Sie die üblichen „Band“-Stecker ONTS-VG-11-7/16 (SSh-7). In diesem Fall ist es notwendig, jede der angeschlossenen Set-Top-Boxen mit einer SG-7-Buchse auszustatten, die beispielsweise parallel zum CN104-Stecker geschaltet werden sollte, wie in Abb. 14 (Blick von Nestern). Leider ist es schwierig, einen Platz für eine zusätzliche Buchse in der Prozessoreinheit zu finden, und diese muss höchstwahrscheinlich am nach außen geführten Kabelbaum hängen bleiben.
VIDEOGRAFISCHES SYSTEM Die Geschwindigkeit des Videografiksystems „PlayStation“ beträgt 66 Millionen Vorgänge pro Sekunde. Der 208-Pin-Chip IC203 CXD8561 von SCEI ist für das Zeichnen von Polygonen, das Verschieben von Pixel-Sprites mit individueller Drehung und Skalierung sowie das Malen von Bildkonturen mit einer bestimmten Farbe verantwortlich. Pro Sekunde werden 1,5 Millionen gleichmäßig schattierte (flatshaded), 500 texturierte (texture-mapped) oder leuchtende (lightsourced) Polygone verarbeitet. Als Video-RAM IC201 kommt der Chip mPD481850GF-A12 von NEC zum Einsatz (Abb. 15). Dieser 8 Mbit dynamische synchrone Grafik-RAM (SGRAM) besteht aus zwei Speicherbänken mit jeweils 131072 32-Bit-Wörtern. Es gibt zwei 32-Bit-Farb- und Maskenregister. Die Speicherregeneration erfolgt automatisch in 1024 Zyklen innerhalb von 16 ms. Mit SGRAM können Sie das Bild auf dem Bildschirm so schnell wie möglich ändern. Durch das Schreiben bestimmter Befehle in das Steuerregister können Sie Paging und Silbenschreiben/Lesen von Daten, beschleunigtes Löschen, maskierte Datenverarbeitung und Inhaltsaustausch zwischen Speicherbänken durchführen. Alle Operationen werden synchron an der steigenden Flanke des CLK-Signals ausgeführt.
Die Dauer des Schreib-/Lesezyklus für mPD481850GF-A12 beträgt 12 ns, die maximale Taktfrequenz beträgt 83 MHz (Betrieb - 67,7376 MHz), die Versorgungsspannung beträgt 3 ... 3,6 V, der Stromverbrauch beträgt 6 ... 310 mA abhängig von der Betriebsart. Als IC201 können die Chips KM4132G271BQ-10 (Samsung), mPD481850-A10 (NEC) verbaut werden. Der Chip IC202 TDA8771A (Abb. 16) ist ein Dreikanal-Video-DAC von Philips, der für die 24-Bit-Farbcodierung ausgelegt ist, in der Computergrafik TrueColor genannt. Seine Versorgungsspannung beträgt 4,5 ... 5,5 V, die Stromaufnahme beträgt 10 ... 45 mA.
Den Farbkomponenten R, G, B werden acht Bits des Eingabecodes zugewiesen, wodurch Sie 16777216 Farbtöne reproduzieren können. Die Ausgangsspannung jedes der drei Kanäle an einer Last mit einem Widerstand von 1 kΩ variiert zwischen 0,26 (Code 0H) und 3,2 V (Code 0FFH). Die Taktfrequenz am VCLK-Eingang (Pin 31) beträgt 13,3 MHz – genau viermal weniger als die vom Quarzoszillator X201 empfangene GCLK-Frequenz. Bei einer funktionierenden Mikroschaltung liegt die Spannung an Pin 33 (VREF) im Bereich von 1,2 ... 1,3 V. Manchmal wird die Mikroschaltung MC202FT (Motorola) als IC141685 verwendet. DIGITALES DATENVERARBEITUNGSSYSTEM Die von der CD gelesenen Daten werden an den IC305-Decoder (100-poliger CXD1815-Chip von Sony) gesendet. Zusammen mit IC304‘ (SC430929PB von Sierra Semiconductor Corp., 52 Pins) empfängt es einen seriellen Datenstrom, extrahiert daraus Rahmen- und Bitsynchronisationssignale, überprüft die Richtigkeit der dekodierten Informationen und korrigiert Fehler. Es wird davon ausgegangen, dass die akzeptierte Kodierungsmethode aufgrund der Redundanz die automatische Wiederherstellung verlorener Daten im Falle von Kratzern auf der Oberfläche einer CD mit einer Länge von bis zu 2,4 mm ermöglicht. Zur Wartung des Decoders ist ein statischer Puffer-RAM IC303 mit einer Kapazität von 256 Kbit/s (32K (8)) vorgesehen. Der RAM-Chip UM62256V-10 kann durch 62W256LTM8, KM62V256CL-10L mit einer Zugriffszeit von nicht mehr als 100 ns ersetzt werden. Inländische KR537RU21 können nicht verwendet werden, da sie nicht für eine Spannungsversorgung von 3,6 V ausgelegt sind. Die Gesamtgeschwindigkeit des Verarbeitungssystems beträgt 80 Millionen Vorgänge pro Sekunde. Unterstützt werden die Formate JPEG (Standbildübertragung), MPEG1 (Bewegtbildübertragung) und H.261 (Videokonferenzen). Der Soundprozessor ist IC308 (100-Pin-CXD2925Q-Chip von Sony), an den 4 Mbit RAM (40-Pin-M5M44260CJ-Chip von Mitsubishi oder MB814260-70 von Fujitsu) angeschlossen sind. Speicherorganisation - 256Kh16. Die musikalischen Fähigkeiten der „PlayStation“ ermöglichen es Ihnen, sie als Haushalts-CD-Player zu verwenden, indem Sie sie an einen stationären UMZCH anschließen oder Aufnahmen über Stereokopfhörer anhören. Die Klangqualität wird mehr als jedem gefallen, außer vielleicht Fans von High-End-Geräten. Das Audio-CD-Servicemenü ermöglicht das Zurückspulen, die Suche nach Schallplatten und die Programmierung der Wiedergabereihenfolge. Sie können sogar die Soundclips von Spielprogrammen anhören. TONKANAL Das Diagramm der Einheit zur Umwandlung digitaler Daten in analoge Form, die vom IC308-Audioprozessor kommen, ist in Abb. 17 dargestellt. 402. Seine Basis ist der IC4309 AK16AVM-Chip des japanischen Unternehmens Asahi Kasei Microsystems Co. GmbH. - Dedizierter Zweikanal-XNUMX-Bit-Delta-Sigma-DAC. Aufgrund seiner Struktur handelt es sich um ein sequentielles Ein-Bit. Theoretisch ist die Delta-Sigma-Modulation am effektivsten, wenn rauschartige Signale mit einem gleichmäßigen Spektrum verarbeitet werden. Dies erklärt, warum preiswerte Consumer-CD-Player mit diesen DACs klassische Musik nicht besonders gut wiedergeben, bei ausdrucksstarkem Rock jedoch eine hervorragende Leistung erbringen.
Die Hauptparameter von AK4309AVM: Abtastfrequenz - 44,1 kHz, Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs - % 0,5 dB im Frequenzbereich 0 ... 20 kHz, Dynamikbereich - 85 ... 91 dB, Übersprechen zwischen Kanälen - 80 ... 90 dB , maximale Ausgangsspannung - 3,2 ... 3,6 V, Leistungsaufnahme - 80 ... 120 mW bei einer Versorgungsspannung von 4,5 ... 5,5 V. AK4309AVM kann durch AK4309VM- oder AK4310-Mikroschaltungen derselben Firma ersetzt werden. Der DAC-Eingang empfängt drei Signale, deren Zeitdiagramme in Abb. dargestellt sind. 18 (LRCK – Datenumschaltung des linken und rechten Kanals, SDATA – serielle Daten, BICK – Bitsynchronisation) sowie MCLK – Taktimpulse mit einer Frequenz von CLK / 4 (16,9344 MHz). Die Ausgangssignale des linken (L-AUDIO) und rechten (RAUDIO) Kanals in Spielprogrammen haben eine durchschnittliche Amplitude von 1,5 ... 2 V.
Die Transistortasten Q403, Q404 blockieren den Ton beim Drücken der „RESET“-Taste (die Steuerspannung wird über den Widerstand R7, die Diode Q401 und den „digitalen“ Transistor VT2 zugeführt). Gleichzeitig wird das Reset-Signal über die R9C1-Schaltung an den IC402-Chip gesendet. Der Ton wird auch durch ein Signal von Pin 37 des IC308-Chips blockiert, das über die Transistoren VT1 und VT2 kommt. Der Spannungsteiler der Widerstände R10, R11 stellt am Emitter des Transistors VT3,8 ein Potential von ca. 2 V ein. Kondensatoren C407, C443, C2, C3, C5, C6 filtern Rauschen. VIDEO-ENCODER Auf Abb. In Abb. 19 zeigt den Teil der „PlayStation“-Schaltung, der für die Bildung des Fernsehsignals verantwortlich ist. Der IC501▓ RGB-PAL-Encoder ist ein CXA1645M-Chip, der funktionell dem CXA1145M ähnelt, der im Sega Mega Drive-2 IVP verwendet wird. Farbsignale R, G, B mit einer Amplitude von 501 V sowie eine Mischung aus vertikalen und horizontalen Synchronimpulsen SYNC mit TTL-Pegeln gelangen über Emitterfolger an den Transistoren Q503-Q1 an seine Eingänge.
Der CN502 „AV MULTI OUT“-Stecker stellt sechs Ausgangssignale zur Verfügung. VIDEO ist ein 1,5-V-PAL-Vollfarbvideosignal. Y-OUT und C-OUT sind die Luminanz- bzw. Farbkomponenten dieses Signals. (Manchmal werden sie auch als S-Video oder Y/C-Video bezeichnet. Fernsehgeräte mit speziellen Eingängen bieten eine höhere Bildqualität, da einige der Konvertierungen im Fernsehpfad entfallen.) R-OUT, G-OUT, B-OUT – Videosignale der Primärfarben mit einer Amplitude von 1...1,5 V. Die Widerstände R11-R16 und die Dioden VD1-VD3, VD6 dienen als Schutz. Die paarweise in Antiserie geschalteten Zenerdioden VD4, VD5, VD7-VD14 (Stabilisierungsspannung 4,7 V) dienen als Transientenbegrenzer und schützen das Gerät vor elektrostatischen Aufladungen. Alle aufgeführten Ausgänge können direkt an 75-Ohm-Lasten angeschlossen werden. Dadurch können Sie an die Video-Set-Top-Box nicht nur einen Fernseher, sondern auch einen Videomonitor anschließen. Auf einem Schwarzweißfernseher (Monitor) können Sie Y-OUT- oder VIDEO-Signale in Farbe (je nach Modell) senden – VIDEO oder R-OUT, G-OUT, BOUT oder Y-OUT, C-OUT. Das mit der Set-Top-Box gelieferte Kabel zum Anschluss an die CN502-Buchse endet mit drei Tulpensteckern in den Farben Gelb (VIDEO), Rot (R-AUDIO) und Weiß (L-AUDIO). Einige PlayStation-Modelle sind mit einem Euro-Scart-Adapter (EURO-AV-Stecker) ausgestattet. Die Position und der Zweck seiner Stifte sind in Abb. dargestellt. 20 (unbenutzte und meist fehlende Exemplare sind in gestrichelten Linien dargestellt).
Wenn das Fernsehgerät über einen Stereotonkanal verfügt, werden die roten und weißen Stecker des Kabels jeweils an die Eingänge des rechten und linken Stereokanals angeschlossen. Für eine höhere Klangqualität sorgen Stereokopfhörer, die direkt an die RAUDIO- und L-AUDIO-Ausgänge einer Spielekonsole angeschlossen werden, oder ein Stereo-UMZCH mit externen Lautsprechern. Der Verstärker muss für Eingangssignale mit einer Amplitude von bis zu 3,5 V ausgelegt sein. Zum Anschluss müssen Sie einen Adapter anfertigen. Die meisten Fernseher verfügen nicht über Stereoton. Im Menü der Spielesoftware kann man in der Regel zwischen „MONO“-„STEREO“ oder „MONO“-„D“ wählen, wobei nur einer der Stereokanäle defekt ist. Das PlayStation-Handbuch empfiehlt in diesem Fall, den weißen Stecker anzuschließen des linken Stereokanals an den Mono-Eingang. Im „MONO“-Modus entsteht an den Ausgängen des linken und rechten Stereokanals das gleiche Summensignal und es spielt keine Rolle, welcher am Fernseher angeschlossen ist. Die an Buchse 6 der CN502-Buchse ausgegebene Spannung von +4,9 V (Strom bis zu 25 mA) dient zur Stromversorgung des externen HF-Modulators SCPH-1122RFU, der es Ihnen ermöglicht, ein Video-Set-Top-Box-Signal an die Antennenbuchse des Fernsehers zu senden . Der Modulator ist normalerweise nicht im Paket „PlayStation &“ enthalten. Anstelle des „nativen“ Modulators können Sie ähnliche Knoten aus den Set-Top-Boxen „Dendy“, „Sega Mega Drive-2“ oder einem Heimvideorecorder verwenden. ENERGIEQUELLE Das schematische Diagramm der Stromversorgung der Prozessorplatine ist in Abb. dargestellt. 21. Die Schaltkreise des CN602-Anschlusses sind durch PS601PS605-Sicherungen geschützt. Bei einigen Modellen können die Betriebsströme zwei- bis dreimal höher sein als im Diagramm angegeben. Zahlreiche Drosseln und Kondensatoren unterdrücken Impulsgeräusche, die in die Stromkreise eindringen. Auf der Prozessorplatine sind in unmittelbarer Nähe der Power-Pins der Mikroschaltungen zahlreiche keramische Sperrkondensatoren verbaut, die im Diagramm nicht dargestellt sind.
Im Gegensatz zu 8- und 16-Bit-IVPs verwendet PlayStation mehrere Versorgungsspannungswerte: 7,6; 5; 4,9; 3,6; 3,3 V. Aus der Eingangsspannung von 7,6 V werden mit der Mikroschaltung IC601 5 V gewonnen, die der Stabilisator an den Transistoren VT2, VT4, VT5 auf 3,6 V senkt. An den Transistoren VT1, VT3 ist ein Strombegrenzer montiert, der die schützt Präfix von Kurzschlüssen in Geräten, die an die CN502-Buchse angeschlossen sind. Kurzschlussstrom - 70 ... 80 mA, Spannung am Begrenzerausgang ohne Last - ca. 4,9 V. Analoge Mikroschaltungen der Set-Top-Box werden mit einer Spannung von 5 und digitale, einschließlich Prozessor und Speicher (außer IC310, IC801 ') mit 3,3 V betrieben. Es entstand der Bedarf an einer Niederspannungsstromversorgung digitaler integrierter Schaltkreise als die technologischen Standards für den Entwurf von Halbleiterstrukturen weniger als 0,7 Mikrometer betrugen. Die Intensität der elektrischen Felder im Inneren des Kristalls hat sich so stark erhöht, dass bereits bei einer Spannung von 5 V Durchschläge möglich sind. Mitte der 80er Jahre empfahl der JEDEC-Standard eine Versorgungsspannung von 3,3 V+10 %. Bei „PlayStation“ liegt sie meist näher an der Obergrenze und erreicht 3,5 ... 3,55 V. Die positiven Folgen einer Niederspannungsversorgung sind eine Verringerung des Stromverbrauchs und eine Erleichterung des thermischen Regimes von Mikroschaltungen. Die Gewinne erreichen 50 % oder mehr. Die anfängliche Rücksetzschaltung besteht aus den Elementen R1-R6, C2, C7. Im Ausgangszustand ist der Logikpegel der Spannung auf der RES-Leitung hoch. CD-ROM-SCHNITTSTELLE Die vielfältigen Möglichkeiten der „PlayStation“ hängen vor allem mit dem Vorhandensein eines CD-ROM-Laufwerks zusammen. Soundeffekte, „Live“-Bilder, dreidimensionale Animationen, Dialoge erfordern eine große Menge an Programmen und Quelldaten. Mit der CD-ROM können Sie mit 650 MB an Informationen arbeiten (im Vergleich zu 4 MB in den umfangreichsten Kassetten der Set-Top-Box „Sega Mega Drive-2“). Datenlesegeschwindigkeit – „verdoppelt“ (300 Kb/s). Das betreffende Laufwerk ähnelt den meisten in Musik-CD-Playern verwendeten. Einzelheiten zu seinem Gerät finden sich in [9-11]. Bekanntlich werden Daten auf einer CD durch Mikropits auf der Oberfläche der lichtreflektierenden Informationsschicht aufgezeichnet, die eine kontinuierliche Spiralspur bilden, die sich von der Mitte der Platte bis zu ihrem Rand erstreckt. Ein Halbleiterlaser im infraroten Wellenlängenbereich (780 nm) beleuchtet die Spur durch eine Linse mit einem schmalen Lichtstrahl, der von Mikropits und Lücken dazwischen unterschiedlich reflektiert wird. Die Photomatrix empfängt das reflektierte modulierte Licht und wandelt es in elektrische Signale um. Der Vorprozessor, bestehend aus den Chips IC703, IC705' und IC708, verstärkt sie und wandelt sie in eine für die weitere Verwendung geeignete Form um. Der Antrieb wird von einem Controller gesteuert, der auf dem IC701 CXD2545Q-Chip basiert. Funktionell dient es als Grundlage für mehrere automatische Kontrollsysteme (ACS). SAR-VD (Plattenrotation), das den Motor steuert, sorgt für eine konstante lineare Bewegungsgeschwindigkeit der Informationsspur relativ zum Lesekopf (SG). Die Rotationsfrequenz der Festplatte variiert zwischen 1000 min-1 beim Lesen von Daten am Anfang der Informationsspirale und 400 min-1 am Ende. Wenn der Deckel des CD-Behälters geöffnet wird, stoppt der CAP-VD den Motor dringend. SPSG (SG-Positionierungssystem) bewegt den SG mit Hilfe eines Schrittmotors entlang des Radius der Scheibe. Ein Schneckengetriebe wird verwendet, um eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umzuwandeln. Für die Annäherung des SG an die Scheibenmitte ist ein Kontaktsensor vorhanden. Nach seiner Betätigung ist eine weitere Bewegung des SG in diese Richtung blockiert. CAP-PC (Radial Tracking) sorgt dafür, dass sich der vom Laserstrahl beleuchtete Punkt genau entlang der Mittellinie der Aufnahmespur bewegt. Seine Abweichung in die eine oder andere Richtung führt zu einer Spannungsänderung an den Ausgängen der Fotomatrix, die von der Steuerung in ein Steuersignal mit entsprechendem Vorzeichen umgewandelt wird, das auf den Objektivservo wirkt. Die Trackinggenauigkeit erreicht +0,1 µm bei einer Exzentrizität der Scheibenrotation von +70 µm. SAR-F (Fokussierung) sorgt für den gleichen Abstand zwischen der CD-Informationsschicht und der Linse. Dies ist notwendig, da das Objektiv eine Schärfentiefe von nur +1,9 µm hat und die Schläge auf die Scheibenoberfläche bis zu +0,5 mm betragen können. Um dies zu kompensieren, verfügt der SAR-F über einen großen Stabilisierungskoeffizienten bei einer Schwebungsfrequenz, die mit der Rotationsfrequenz der Scheibe übereinstimmt. Die Fähigkeit der Video-Set-Top-Box, minderwertige südasiatische Discs zu lesen, deren Oberflächenkrümmung oft mit bloßem Auge sichtbar ist, hängt weitgehend von den Eigenschaften dieses Systems ab. Das SAR-F-Steuersignal geht auch an den Objektivservo. SAR-ML (Laser Power) stabilisiert die stark temperaturabhängige Ausgangsleistung eines Halbleiterlasers. Der Leistungssensor ist eine eingebaute Fotodiode. Die Hauptparameter der verwendeten Laserdioden sind: Betriebsstrom - 45...110 mA bei einer Spannung von 1,6...2,2 V; maximale Strahlungsleistung - 3 ... 5 mW (Arbeitsleistung - 0,4 ... 1 mW); Haltbarkeit – bis zu 100 Stunden Auf Abb. 22 zeigt ein schematisches Diagramm des CD-ROM-Laufwerks und seiner Schnittstellenschaltungen mit der Prozessorplatine. Drei identische Verstärkungskanäle des speziell für CD-Player und CD-ROM-Laufwerke entwickelten IC702-Chips (BA6392FP von Rohm) steuern das Linsenservo (L1, L2) und den SG-Antriebsmotor (M2) sowie das vierte Differential – die Scheibe Rotationsmotor (M1). Grundparameter des BA6392FP: Versorgungsspannung - 6...16 V, Ruhestrom - 8...18 mA, Verlustleistung - 1,7 W, Lastwiderstand - 8...20 Ohm, Ausgangsspannung - 1,3...5,2 V , Verstärkung des Plattenrotationskanals - 8...13 dB. Im Ausgangszustand, wenn die Motoren gestoppt sind, sind die Spannungen an allen Ausgängen des BA6392FP gleich und liegen nahe bei 3,5 V. Abhängig vom Spannungsunterschied an den jeweiligen Ausgängen drehen sich die Motoren in die eine oder andere Richtung.
Die Steuerung des M1-Motors erfolgt auf kombinierte Weise: grob – durch Änderung der Konstantkomponente, präzise – durch Impulsstöße unterschiedlicher Polarität. Die Arbeitsrichtung der Scheibendrehung ist im Uhrzeigersinn (mit positiver Spannungsdifferenz an den Pins 27 und 26 des IC702). Das Öffnen der CD-Zugangsabdeckung führt zu einer Notbremsung, indem eine Spannung mit umgekehrter Polarität an den M1-Motor angelegt wird. Die Ansteuerung des Schrittmotors M2, der das SG bewegt, erfolgt ausschließlich gepulst. Die Kontakte des Schalters S1 sind geschlossen, wenn der SG-Schlitten am Begrenzer anliegt. Der SPSG erhält ein Signal, das die weitere Bewegung des SG verbietet. Die Filter FB701-FB704 unterdrücken Schaltgeräusche, Zenerdioden VD1-VD4 mit einer Stabilisierungsspannung von 4,7 V begrenzen Spannungsspitzen. Der Servomotor der Linse wirkt wie ein dynamischer Lautsprechertreiber, bei dem sich die Schwingspule, die sich im Feld eines Permanentmagneten befindet, unter dem Einfluss eines fließenden Stroms bewegt. Die Wicklungen L1 und L2 des Servos bewegen die Linse in zueinander senkrechten Ebenen. Ihre Magnetkreise sind Permanentmagnete aus Seltenerdlegierungen. Die Servoempfindlichkeit erreicht 4 mm/V. Die Laser emittierende Diode A1 ist mit dem Kollektorkreis des Transistors Q701 verbunden. Nennstrom - 60...80 mA. Die Einstellung erfolgt über den Widerstand R1, der sich auf einem flexiblen bedruckten Flachbandkabel befindet, das den SG mit dem CN702-Stecker verbindet und im SAR-ML-Rückkopplungskreis enthalten ist. Mit abnehmendem Widerstand steigen Strom und Laserleistung. Die von der Matrix der Fototransistoren A2 entnommenen Signale werden über die Koppelkondensatoren C3-C6 der Mikroschaltung IC703 (A1791N) zugeführt. Die Empfindlichkeit des Gerätes wird durch den Trimmerwiderstand RV703 eingestellt. ANPASSUNGSEINHEIT Der Zweck dieses Blocks besteht darin, den Betrieb der Set-Top-Box sowohl von Marken- als auch Nicht-Marken-CDs mit der Aufschrift „NTSC U/C“ (USA/Kanada), „NTSC J“ (Japan), PAL (Europa, Asien) sicherzustellen ). Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. dargestellt. 23. Als IC801‘ kommt der sogenannte „Universalchip“ zum Einsatz – ein Acht-Bit-Mikrocontroller Z86E0208PSC von Zilog mit einem maskierten 512-Byte-ROM, in den bei der Herstellung ein vom Kunden übermitteltes Programm eingegeben wird. Die Taktfrequenz von 4,433 MHz entspricht der Farbträgerfrequenz im PAL-System und wird vom Quarzresonator Z801' eingestellt.
Der Block nutzt nur zwei Ausgänge des Mikrocontrollers. Auf dem ersten (Q1) wird eine Synchronisationssequenz für die CDROM-Schnittstelle gebildet, auf dem zweiten (Q2) wird beim Einschalten der Stromversorgung ein Impuls mit hohem Logikpegel und einer Dauer von etwa 1 s erzeugt. Alle Elemente des Adaptionsblocks werden auf einer separaten Leiterplatte montiert, auf die Rückseite der Prozessorplatine der Set-Top-Box geklebt und über Drähte mit dieser verbunden. Einige „PlayStation“-Modelle verwenden den 86C0208/P-Mikrocontroller von Microchip Technology anstelle des Z12E508PSC. REPARATUR DES LIEFERANTEN In einem Marken-Service-Center dauert die Reparatur einer „PlayStation“ in der Regel nicht länger als 15 Minuten – genau so viel Zeit wird benötigt, um fehlerhafte Platinen durch offensichtlich gute zu ersetzen. Eine andere Sache sind Amateurbedingungen und der Mangel an Ersatzteilen. Wenn man mit der Reparatur der „PlayStation“ beginnt, in der sich ein Halbleiterlaser befindet, sollte man bedenken, dass seine Strahlung für den Menschen gefährlich ist. Natürlich ist dies nicht das „Hyperboloid des Ingenieurs Garin“ und die Kraft seiner Strahlung reicht nicht aus, um beispielsweise die Haut der Hand zu schädigen, aber die Augen sind sehr anfällig für unsichtbare Infrarotstrahlen. Laut Etikett auf dem Gehäuse ist „PlayStation“ als Laserschutzgerät der Klasse 1 eingestuft, das keine Gefahr für die Gesundheit darstellt. Tatsächlich ist bei normalem Gebrauch der Set-Top-Box aufgrund ihres Designs und ihrer elektrischen Verriegelungen kein direkter Kontakt mit Laserstrahlung in die Augen möglich. Eine andere Sache ist die Reparatur bei abgenommener oberer Abdeckung. Je nach Gefährdungsgrad werden solche Arbeiten in die Klasse 2 eingestuft, bei denen eine vorsorgliche Unterweisung erforderlich ist, ein besonderer Augenschutz jedoch noch nicht erforderlich ist. Es wird dringend davon abgeraten, in das „Guckloch“ des Lasers zu schauen, insbesondere aus nächster Nähe. In 20 cm Entfernung beträgt die Strahlungsdichte 44 μW/cm2, in unmittelbarer Nähe ist sie sogar noch höher. Die Linse des Auges, die das Licht auf die Netzhaut fokussiert, erhöht die Strahlungsdichte deutlich. Beispielsweise ist bei einem Pupillendurchmesser von 0,5 cm die Leistungsflussdichte in ihrem Fokus 60-mal größer als die einfallende! Daher kann die Netzhaut auch durch Strahlung, deren Stärke als sicher gilt, irreversibel geschädigt werden. Bei Bedarf sollte der Laserstrahl nur mit einem infrarotempfindlichen Nachtsichtgerät beobachtet werden. Natürlich darf man bei der Reparatur der „PlayStation“ so prosaische Dinge wie Hochspannung auf der Leistungsplatine nicht vergessen. Auch wenn die Spielekonsole mit der „POWER“-Taste ausgeschaltet wird, funktioniert der Spannungswandler, solange der Netzstecker in der Steckdose steckt. Eine ausgefallene Leistungsplatine kann durch eine selbstgebaute Quelle mit zwei Ausgangsspannungen ersetzt werden: 3,3 ... 3,6 V bei einem Laststrom von mindestens 0,7 A und 7,4 ... 7,8 V bei einem Laststrom von mindestens 1 A. Die Spannungen müssen stabilisiert sein (vorzugsweise mit der Möglichkeit einer Anpassung innerhalb kleiner Grenzen) und Welligkeiten von weniger als 100 mV aufweisen. Das Gerät muss gegen Kurzschlüsse geschützt sein. Das RES-Reset-Signal kann von jedem normalerweise offenen Taster gegeben werden, indem dieser zwischen den Pins 4 und 5 des Steckers CN602 angeschlossen wird. Parallel zum Knopf empfiehlt es sich, einen Kondensator mit einer Kapazität von 1 ... 2,2 Mikrofarad zu installieren. Das Breakout-Board fällt selten aus. Meistens sind die Mängel mechanischer Natur. Wenn jedoch ein Flachbandkabel bricht, sollten Sie nicht versuchen, seine Leiter zu verlöten – sie verdampfen sofort. Es ist besser, ein neues Kabel aus gewöhnlichen dünnen Drähten herzustellen. Die Reparatur der Prozessorplatine sollte mit dem „Klingeln“ aller Sicherungen, Induktivitäten, Ferritfilter und Chipbrücken beginnen. Defekte Chip-Widerstände können durch inländische R1-4-0,125 W und Chip-Kondensatoren durch K10-17-4V ersetzt werden. Wenn es der Platz zulässt, ist es zulässig, gewöhnliche Elemente einzubauen und ihre Schlussfolgerungen entsprechend zu gestalten. Achten Sie auf die Anschlüsse CN102 und CN702. Sie halten einem wiederholten „Power“-An- und Abdocken nicht stand. Bei lockerer Verbindung die Kontakte vorsichtig festziehen, Gelenkteile mit elastischem Bügel befestigen. Das An- und Abdocken der Set-Top-Box-Anschlüsse bei eingeschalteter Stromversorgung führt häufig zum Ausfall von Schutzdioden und Zenerdioden in verschiedenen Stromkreisen. Die Ausnahme bildet der Parallelport-Anschluss CN103. Dabei sind die Kontakte der Stromkreise und der gemeinsamen Leitung konstruktiv so gestaltet, dass sie zuerst angeschlossen und zuletzt getrennt werden. Dies garantiert die Sicherheit der Verbindung von Informationskreisen. Als nächstes überprüfen Sie die Transistoren und Dioden. Die Parameter der in der Prozessorplatine verwendeten Halbleiterbauelemente sind in der Tabelle angegeben. 3 und die Position der Anschlüsse der Transistoren - in Abb. 24. Die Daten stammen aus dem Siemens-Katalog, obwohl tatsächlich ähnliche Geräte unbekannter Hersteller verbaut sind, teilweise ohne Kennzeichnung auf dem Gehäuse. „Digitale“ Transistoren können nicht immer mit einem Ohmmeter oder einer Sonde überprüft werden, aber in jedem Fall sollte der Widerstand des „Emitter“-Übergangs gemessen werden. Defekte Transistoren mit geringer Leistung können durch die inländischen Serien KT3129, KT3130 ersetzt werden. Geräte in oberflächenmontierten Gehäusen können auch durch ihre Gegenstücke in herkömmlichen Gehäusen ersetzt werden, vorzugsweise mit Bandanschlüssen. Geeignet sind beispielsweise Dioden der Serien KD102, KD109, KD518, Transistoren der Serien KT315, KT361.
Bei einer Fehlfunktion des RGBPAL-Encoders können Sie versuchen, die Set-Top-Box über die Signale R, G, B, SYNC (Pins 2, 3, 4, 10 des CXA1645M-Chips) mit dem Fernseher zu verbinden. Optionen für Schnittstellengeräte sind Funkamateuren wohlbekannt. Der Spannungsregler TA78M05F kann durch einen leistungsstärkeren Haushalts-Mikroschaltkreis KR142EN5A ersetzt werden, indem eine Kopie ausgewählt wird, die stabil bei einer Eingangsspannung von 7,6 V arbeitet. Es ist ratsam, den thermischen Betrieb des BA6392FP-Mikroschaltkreises zu erleichtern, der die CD-ROM-Laufwerksmotoren steuert einen 40x10 mm großen Metallkühlkörper auf das Gehäuse zu kleben. Das Ersetzen digitaler Mikroschaltungen der Prozessorplatine durch inländische Mikroschaltungen ist praktisch unmöglich, da hauptsächlich Niederspannungs-Logik-Mikroschaltungen und VLSI verwendet werden, die keine Analoga haben. Die Operationsverstärker können durch fast alle Operationsverstärker ersetzt werden, die mit 3,6 V (IC708) oder 7,6 V (IC704') arbeiten. Ein instabiler Betrieb des CD-Laufwerks, der nur bei einigen CDs beobachtet wird, weist normalerweise auf eine schlechte Qualität der CDs hin. Weitere Ursachen für Antriebsausfälle sind Mikrorisse im flexiblen SG-Kabel, Fehlausrichtung der Linse, Verschleiß beweglicher Teile und Austrocknung des Schmiermittels. Ein Sonderfall sind Schäden an der Optik durch unvorsichtige Handhabung. Kratzer auf der Linse können nicht repariert werden. Versuche, es mit chemisch aktiven Substanzen, Kölnisch Wasser und verschiedenen Reinigern zu waschen, führen nur zu einer Trübung der „Linse“. Es wird empfohlen, die Linse nur mit einer Bürste mit sehr weichem Flor und bei starker Verschmutzung mit einem sauberen Wattestäbchen zu reinigen, das an einem Holzstab befestigt und leicht mit einer Flüssigkeit zum Reinigen optischer Instrumente angefeuchtet ist. Bei der Fehlerdiagnose ist es zweckmäßig, das in Abb. dargestellte Gerät zu verwenden. 25. Seine Basis ist eine Platine aus Folienfiberglas, an deren beiden Enden kleine Funkelemente (Kondensatoren, Widerstände) verbaut sind, die mit Pins zum Anschluss an die Kontaktpads der Leiterplatte des Prüflings ausgestattet sind. Es ist ratsam, mehrere ähnliche Stäbe mit Elementen unterschiedlicher Leistung zur Hand zu haben, einschließlich Kurzschlussbrücken und kleinen variablen Widerständen. Durch den Anschluss der Stäbe an verschiedenen Stellen des Gerätes können Sie den Fehler schnell lokalisieren. FAZIT Ich möchte anmerken, dass „PlayStation“ neben der reinen Gaming-Nutzung ein guter Anreiz zum Erlernen des Programmierens sein kann. Discs für „PlayStation“ sind auf IBM-kompatiblen Computern lesbar. In den allermeisten Fällen können Sie sich Programmcodes und Nachrichtentexte ansehen und sogar Melodien und Spracheinlagen aus Spielen anhören. Beispielsweise werden Sounddateien *.pcm, *.da durch das Standardprogramm „Laser Player“ ab WINDOWS 95 wiedergegeben. Ein großes Betätigungsfeld eröffnet sich für die Russifizierung von Spielprogrammen, die Übertragung beliebter Spiele von anderen Computerplattformen, und die Entwicklung eigener Software. Literatur
Autor: S. Ryumik, Tschernihiw, Ukraine
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