Журнал "Радио", номер 6, 1999г.
Автор: С. Рюмик, г. Чернигов, Украина

    РАЗЪЕМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

    Расположение разъемов на задней панели "PlayStation" показано на рис. 10 (номера контактов даны в соответствии с их маркировкой на печатной плате). К вычислительной системе относятся вилки CN103 "PARALLEL I/O" и CN104 "SERIAL I/O". Кроме того, на процессорной плате имеется розетка CN102 "JOYSTICK", соединенная гибким шлейфом с коммутационной платой внутри приставки.

    На рис. 11 приведена схема цепей, связанных с розеткой CN102. Всего их семь: четыре выходных и три входных, причем последние через резисторы R1-R3 связаны с источником питания +3,3 В. Все они снабжены одинаковыми, различающимися лишь номиналами резисторов узлами защиты, которые подавляют высокочастотные помехи и опасные для процессора выбросы напряжения отрицательной полярности. Например, вход OUT3 (название не должно вводить в заблуждение, этот выходной сигнал джойстика - входной для процессора) защищен ферритовым фильтром FL1, диодом VD1, резистором R4 и конденсатором C1. Дроссели L104-L106 подавляют помехи, проникающие по цепям питания, они же нередко выполняют функции плавких вставок, сгорая при коротких замыканиях.

    Малогабаритные ферритовые фильтры, аналогичные упомянутому FL1, оформленные в виде SMD-элементов, широко применяются в "PlayStation". Их АЧХ монотонна вплоть до частот 100...300 МГц, в переходных процессах отсутствуют колебания ("звон"). Эти изделия можно отличить от других подобных по черному цвету корпуса без надписей и маркировке на печатной плате, начинающейся с буквы F. Типичные параметры фильтров серии BLM11 фирмы Murata Mfg. Co.: типоразмер 0603, максимальный ток - 0,2...0,5 А, активное сопротивление - 0,1...0,7 Ом, полное сопротивление на частоте 100 МГц - 60...600 Ом.

    Вилка параллельного порта CN103 предназначена для подключения быстродействующих периферийных устройств, требующих непосредственного доступа к системной шине процессора. Это может быть, например, модуль для просмотра видеофильмов с дисков формата Video-CD. Большинство из 68 контактов вилки соединены с различными выводами микросхем IC102, IC103, IC305, IC308, IC402, IC602 через резисторы номиналом 150 Ом. Контакты 1, 5, 16, 19, 34, 35, 39, 50, 53 и 68 - общий провод (GND). Питающие напряжения через дроссели L110 и L111 подведены к контактам 18, 52 (+7,6 В) и 17, 51 (+3,3 В). Контакты 31 и 65 свободны.

    Схема цепей, связанных с вилкой последовательного порта CN104, показана на рис. 12. Все входы и выходы защищены диодами VD1-VD6 и фильтрами FL101-FL106, а цепи питания - дросселями L101 и L102. Входные сигналы (кроме IN1) поступают на микросхему процессора через инверторы на транзисторах Q102 и VT2. Выходные сигналы (кроме Q1) формируются инверторами с открытым коллектором на транзисторах VT1 и Q103.

    Последовательный порт служит в основном для соединения двух приставок при игре в "сетевом" режиме, предусмотренном во многих программах ("Command & Conquer", "Duke Nukem"). Игроки сражаются друг против друга, управляя каждый своей приставкой. Длина семипроводного соединительного кабеля (link-cable) - до нескольких метров. При отсутствии фирменного его можно изготовить по схеме, показанной на рис. 13. Если нет подходящих кабельных розеток, воспользуйтесь обычными "магнитофонными" вилками ОНЦ-ВГ-11-7/16 (СШ-7). В этом случае потребуется оснастить каждую из соединяемых приставок розеткой СГ-7, которую следует подключить параллельно вилке CN104, например, как показано на рис. 14 (вид со стороны гнезд). К сожалению, в процессорном блоке трудно найти место для дополнительной розетки, и ее, скорее всего, придется оставить висеть на жгуте проводов, выведенном наружу.

    ВИДЕОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

    Быстродействие видеографической системы "PlayStation" - 66 млн операций в секунду. На 208-выводную микросхему IC203 CXD8561 фирмы SCEI возложены функции рисования многоугольников, перемещения пиксельных спрайтов с индивидуальным вращением и масштабированием, закрашивания определенным цветом контуров изображения. За секунду обрабатывается 1,5 млн равномерно оттененных (flatshaded), 500 тыс. текстурированных (texture-mapped) или светящихся (lightsourced) многоугольников.

    В качестве видео-ОЗУ IC201 используется микросхема mPD481850GF-A12 фирмы NEC (рис. 15). Это динамическое синхронное графическое ОЗУ (SGRAM) емкостью 8 Мбит состоит из двух банков памяти по 131072 32-разрядных слова каждый. Имеется два 32-разрядных регистра цвета и маски. Регенерация памяти происходит автоматически за 1024 цикла в течение 16 мс. SGRAM позволяет максимально быстро изменять изображение на экране. Записывая определенные команды в регистр управления, можно выполнять страничную и слоговую запись/чтение данных, ускоренную очистку, маскированную обработку данных и обмен содержимым между банками памяти. Все операции производятся синхронно по нарастающему фронту сигнала CLK.

    Длительность цикла запись/чтение у mPD481850GF-A12 - 12 нс, максимальная тактовая частота - 83 МГц (рабочая - 67,7376 МГц), напряжение питания - 3...3,6 В, потребляемый ток - 6...310 мА в зависимости от режима работы. В качестве IC201 могут быть установлены микросхемы KM4132G271BQ-10 (Samsung), mPD481850-A10 (NEC).

    Микросхема IC202 TDA8771A (рис. 16) - трехканальный видео-ЦАП фирмы Philips, рассчитанный на 24-разрядное кодирование цвета, называемое в компьютерной графике TrueColor. Напряжение ее питания - 4,5...5,5 В, потребляемый ток - 10...45 мА.

    Цветовым составляющим R, G, B отведено по восемь разрядов входного кода, что позволяет воспроизвести 16777216 цветовых оттенков. Выходное напряжение каждого из трех каналов на нагрузке сопротивлением 1 кОм изменяется от 0,26 (код 0H) до 3,2 В (код 0FFH). Частота тактовых импульсов на входе VCLK (вывод 31) равна 13,3 МГц - ровно в четыре раза меньше частоты GCLK, получаемой от кварцевого генератора X201. У исправной микросхемы напряжение на выводе 33 (VREF) находится в пределах 1,2...1,3 В. Иногда в качестве IC202 применяют микросхему MC141685FT (Motorola).

    СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ

    Данные, считанные с CD, поступают на декодер IC305 (100-выводная микросхема CXD1815 фирмы Sony). Совместно с IC304' (SC430929PB фирмы Sierra Semiconductor Corp., 52 вывода) он принимает последовательный поток данных, выделяет из него сигналы кадровой и битовой синхронизации, проверяет правильность декодированной информации и исправляет ошибки. Считается, что принятый способ кодирования позволяет за счет избыточности автоматически восстанавливать потерянные данные при царапинах на поверхности CD длиной до 2,4 мм.

    Для обслуживания декодера предназначено статическое буферное ОЗУ IC303 емкостью 256 Кбит (32К(8). Микросхему ОЗУ UM62256V-10 можно заменить на 62W256LTM8, KM62V256CL-10L со временем доступа не более 100 нс. Отечественные КР537РУ21 применять нельзя, так как они не рассчитаны на напряжение питания 3,6 В.

    Общее быстродействие системы обработки - 80 млн операций в секунду, поддерживаются форматы JPEG (передача неподвижных изображений), MPEG1 (передача движущихся изображений), H.261 (видеосредства для конференц-связи).

    Звуковым процессором служит IC308 (100-выводная микросхема CXD2925Q фирмы Sony), к которой подключено ОЗУ емкостью 4 Мбит (40-выводная микросхема M5M44260CJ фирмы Mitsubishi или MB814260-70 фирмы Fujitsu). Организация памяти - 256Кх16.

    Музыкальные возможности "PlayStation" позволяют использовать ее как бытовой проигрыватель CD, подключив к стационарному УМЗЧ или прослушивая записи через стереонаушники. Качество звучания более чем устроит всех, кроме, может быть, поклонников аппаратуры класса High End. В меню обслуживания аудио-CD предусмотрены режимы перемотки, поиска записей, программирования порядка их воспроизведения. Можно даже прослушивать звуковые фрагменты игровых программ.

    КАНАЛ ЗВУКА

    Схема узла преобразования в аналоговую форму цифровых данных, поступающих от аудиопроцессора IC308, показана на рис. 17. Его основой служит микросхема IC402 АК4309AVM японской фирмы Asahi Kasei Microsystems Co. Ltd. - специализированный двухканальный 16-разрядный дельта-сигма ЦАП. По структуре он - последовательный однобитовый. Теоретически дельтасигма модуляция наиболее эффективна при обработке шумоподобных сигналов с равномерным спектром. Этим объясняется, почему недорогие бытовые CDпроигрыватели с подобными ЦАП не очень хорошо воспроизводят классическую музыку, однако показывают великолепные результаты при прослушивании экспрессивного рока.

    Основные параметры АК4309AVM: частота дискретизации - 44,1 кГц, неравномерность АЧХ - %0,5 дБ в диапазоне частот 0...20 кГц, динамический диапазон - 85...91 дБ, переходное затухание между каналами - 80...90 дБ, максимальное выходное напряжение - 3,2...3,6 В, мощность потребления - 80...120 мВт при напряжении питания 4,5...5,5 В. АК4309AVM можно заменить микросхемами AK4309VM или АК4310 той же фирмы.

    На вход ЦАП поступают три сигнала, временные диаграммы которых показаны на рис. 18 (LRCK - переключение данных левого и правого каналов, SDATA - последовательные данные, BICK - побитная синхронизация), а также MCLK - тактовые импульсы частотой CLK/4 (16,9344 МГц). Выходные сигналы левого (L-AUDIO) и правого (RAUDIO) каналов в игровых программах имеют среднюю амплитуду 1,5...2 В.

    Транзисторные ключи Q403, Q404 блокируют звук при нажатии кнопки "RESET" (управляющее напряжение поступает через резистор R7, диод Q401 и "цифровой" транзистор VT2). Одновременно по цепи R9C1 на микросхему IC402 подается сигнал установки в исходное состояние. Звук блокируется и по сигналу с вывода 37 микросхемы IC308, поступающему через транзисторы VT1 и VT2. Делитель напряжения из резисторов R10, R11 задает потенциал около 3,8 В на эмиттере транзистора VT2. Конденсаторы С407, C443, C2, С3, C5, C6 фильтруют помехи.

    ВИДЕОКОДЕР

    На рис. 19 изображена часть схемы "PlayStation", отвечающая за формирование телевизионного сигнала. Кодер RGB-PAL IC501Њ - микросхема СХА1645М, функционально подобная CXA1145M, применяемой в ИВП "Sega Mega Drive-2". На ее входы через эмиттерные повторители на транзисторах Q501-Q503 приходят сигналы цветности R, G, B амплитудой 1 В, а также смесь кадровых и строчных синхроимпульсов SYNC с уровнями ТТЛ.

    На вилку CN502 "AV MULTI OUT" поступают шесть выходных сигналов. VIDEO - это полный цветовой видеосигнал стандарта PAL амплитудой 1,5 В. Y-OUT и C-OUT - соответственно яркостная и цветовая составляющие этого сигнала. (Иногда их называют S-video или Y/C-video. В телевизорах, имеющих для них специальные входы, обеспечивается более высокое качество изображения за счет исключения некоторых преобразований в телевизионном тракте). R-OUT, G-OUT, B-OUT - видеосигналы основных цветов амплитудой 1...1,5В. Резисторы R11-R16 и диоды VD1-VD3, VD6 - защитные. Соединенные попарно встречно-последовательно стабилитроны VD4, VD5, VD7-VD14 (напряжение стабилизации 4,7 В) служат ограничителями переходных процессов и защищают устройство от воздействия электростатических зарядов.

    Ко всем перечисленным выходам могут быть непосредственно подключены нагрузки сопротивлением 75 Ом. Это позволяет соединять с видеоприставкой не только телевизор, но и видеомонитор. На черно-белый телевизор (монитор) можно подать сигналы Y-OUT или VIDEO, на цветной (в зависимости от модели) - VIDEO или R-OUT, G-OUT, BOUT или Y-OUT, C-OUT.

    Прилагаемый к приставке кабель для подключения к розетке CN502 оканчивается тремя вилками "тюльпан" желтого (VIDEO), красного (R-AUDIO) и белого (L-AUDIO) цветов. Некоторые модели "PlayStation" комплектуются переходником "евро-скарт" (EURO-AV connector plug). Расположение и назначение его штырей показаны на рис. 20 (неиспользуемые и обычно отсутствующие изображены штриховыми линиями).

    Если телевизор имеет стереофонический канал звука, красную и белую вилки кабеля соединяют соответственно с входами правого и левого стереоканалов. Более высокое качество звука обеспечат стереонаушники, подключенные непосредственно к выходам RAUDIO и L-AUDIO игровой приставки или стереофонический УМЗЧ с выносными громкоговорителями. Усилитель должен быть рассчитан на входные сигналы амплитудой до 3,5 В. Для его подключения придется изготовить переходник.

    В большинстве телевизоров стереозвучание не предусмотрено. Меню игровых программ, как правило, позволяет выбирать режим "MONO"-"STEREO" или "MONO"-"D Если установлен режим "STEREO" или "DOLBY" (в последнем случае звук воспроизводится в системе "Dolby Surround"), звучание телевизора, к которому подключен только один из стереоканалов, будет неполноценным. Руководство по эксплуатации "PlayStation" рекомендует в этом случае соединять с монофоническим входом белую вилку левого стереоканала. В режиме "MONO" на выходах левого и правого стереоканалов формируется один и тот же суммарный сигнал и не имеет значения, какой из них подключен к телевизору.

    Выведенное на гнездо 6 розетки CN502 напряжение +4,9 В (ток до 25 мА) предназначено для питания внешнего радиочастотного модулятора SCPH-1122RFU, позволяющего подавать сигнал видеоприставки на антенное гнездо телевизора. Модулятор в комплект поставки "PlayStation& обычно не входит. Вместо "родного" можно использовать аналогичные узлы от приставок "Dendy", "Sega Mega Drive-2" или бытового видеомагнитофона.

    ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

    Принципиальная схема источника питания процессорной платы показана на рис. 21. Цепи разъема CN602 защищены плавкими вставками PS601PS605. В некоторых моделях токи их срабатывания могут быть в два-три раза больше указанных на схеме. Многочисленные дроссели и конденсаторы подавляют импульсные помехи, проникающие по цепям питания. На процессорной плате в непосредственной близости от выводов питания микросхем установлено большое число керамических блокировочных конденсаторов, не изображенных на схеме.

    В отличие от 8- и 16-разрядных ИВП в "PlayStation" используется несколько номиналов питающих напряжений: 7,6; 5; 4,9; 3,6; 3,3 В. Из входного напряжения 7,6 В с помощью микросхемы IC601 получают 5 В, которое стабилизатор на транзисторах VT2, VT4, VT5 понижает до 3,6 В. На транзисторах VT1, VT3 собран ограничитель тока, защищающий приставку от замыканий в устройствах, подключаемых к розетке CN502. Ток короткого замыкания - 70...80 мА, напряжение на выходе ограничителя без нагрузки - примерно 4,9 В.

    Аналоговые микросхемы приставки питаются напряжением 5, а цифровые, в том числе процессор и память (кроме IC310, IC801') - 3,3 В. Необходимость низковольтного питания цифровых интегральных схем возникла, когда технологические нормы проектирования полупроводниковых структур стали меньше 0,7 мкм. Напряженность электрических полей внутри кристалла повысилась настолько, что при напряжении 5 В уже стали возможными пробои. В середине 80-х годов стандарт JEDEC рекомендовал напряжение питания 3,3 В+10 %. В "PlayStation" оно обычно ближе к верхнему пределу и достигает 3,5...3,55 В. Положительные следствия питания пониженным напряжением - уменьшение потребляемой мощности и облегчение теплового режима микросхем. Выигрыш достигает 50 % и более.

    Цепь начального сброса состоит из элементов R1-R6, С2, С7. В исходном состоянии логический уровень напряжения на линии RES высокий.

    ИНТЕРФЕЙС CD-ROM

    Широкие возможности "PlayStation" связаны в первую очередь с наличием в ней привода CD-ROM. Звуковые эффекты, "живое" изображение, трехмерная мультипликация, диалоги требуют огромного объема программ и исходных данных. CD-ROM позволяет работать с 650 Мбайт информации (сравните с 4 Мбайт в самых емких картриджах приставки "Sega Mega Drive-2"). Скорость считывания данных - "удвоенная" (300 Кбайт/с).

    Рассматриваемый привод подобен большинству применяемых в проигрывателях музыкальных CD. С подробностями его устройства можно ознакомиться в [9-11]. Как известно, данные записаны на CD микроуглублениями на поверхности отражающего свет информационного слоя, образующими непрерывную спиральную дорожку, раскручивающуюся от центра диска к его периферии. Полупроводниковый лазер инфракрасного диапазона волн (780 нм) через объектив освещает дорожку узким лучом света, который по разному отражается от микроуглублений и промежутков между ними. Принимает отраженный модулированный свет фотоматрица, превращающая его в электрические сигналы. Устройство предварительной обработки, состоящее из микросхем IC703, IC705' и IC708, усиливает и преобразует их в удобную для дальнейшего использования форму.

    Работой привода управляет контроллер на базе микросхемы IC701 CXD2545Q. Функционально он служит основой нескольких систем автоматического регулирования (САР).

    САР-ВД (вращения диска), управляя двигателем, поддерживает постоянной линейную скорость движения информационной дорожки относительно считывающей головки (СГ). Частота вращения диска изменяется от 1000 мин^-1 при чтении данных, находящихся в начале информационной спирали, до 400 мин^-1 - в ее конце. При открывании крышки контейнера CD САР-ВД экстренно останавливает двигатель.

    (Окончание следует)

Литература