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无线电电子与电气工程百科全书 SONY PLAYSTATION 或 32 位视频机顶盒电路功能。 无线电电子电气工程百科全书
对于视频游戏爱好者来说，今天正在生产各种视频游戏机 (VVP)：从“Dendy”到“Nintendo Ultra-64”。 继续有关此类设备电路的一系列文章，作者谈到了“Sony PlayStation”——一款征服了整个游戏世界的日本 32 位 IVP。 所提供的信息不仅有利于其熟练操作和自我修复，而且还可以扩展读者的技术视野。 尽管32位IVP的发展历史不长，但它已经以生产计算机设备的跨国公司的竞争为标志。 表中给出了此类最著名的机顶盒的比较特性。 1.它们可以有条件地分为“异国情调”和“标准”前者包括不太常见或窄型IVP：“Sega32X” - 原始“前缀的前缀”，扩展了16位“Sega Mega”的功能驱动器-2”； “Philips CD-i” - 多功能电视机顶盒，用于播放 CD-i 格式的交互式光盘上的信息； “Commodore CD32”或“CDTV”是一个超前的项目，促成了CD-ROM上游戏程序发行的开始，但开发商没有足够的毅力和资金来征服市场。
“标准”32 位 IVP 可以被视为“3DO”[1]、“Sega Saturn”、“Sony PlayStation”及其众多克隆。 这些产品的一般特征：游戏程序存储在激光光盘（CD）上，电视图像以NTSC或PAL标准形成并具有立体声，提供各种外围设备（从“激光”枪到汽车方向盘）与踏板），可以听普通音乐 CD，使用 Photo-CD 和 Video-CD 格式。 前缀“3DO”具有相当温和的技术特征，但它是成功的，因为它比竞争对手更早出现在市场上。 IVP“世嘉土星”因定价不成功和软件支持不足而无法流行。 尽管如此，有一段时间它被认为是“Sony PlayStation”（以下我们简称“PlayStation”）的主要竞争对手，“Sony PlayStation”被许多人认为是最好的 32 位 IVP。 大量（已知超过 600 个）游戏程序证实了这一点，这些游戏程序由 Electronic Arts、Mindscape、Capcom、Konami、Lucas Arts、Disney Software 等知名公司创建。 具有“实时”图像和虚拟视图摄像头的高速 XNUMXD 游戏与在配备奔腾处理器的较年轻型号的计算机上实现的游戏水平接近。 第一个为日本、美国或欧洲电视标准设计的“PlayStation”型号并不完全兼容。 后来的CD变得普遍，可以与品牌和南亚制作的CD一起使用。 “PlayStation”的电路和结构技术设计都经过仔细考虑。 相对较高的价格带来了更高的质量和可靠性。 PLAYSTATION 的工作原理 接下来我们就来聊聊《PlayStation》的最新型号之一——SCPH5502。 考虑到其设备，如果可能，我们将使用印刷电路板上标记的元件的参考名称，尽管它们并不总是符合我们的标准（例如，晶体管用字母 Q 表示，而不是 VT，微电路 - IC ，不是 DD 或 DA，连接器是 CN，不是 X）。 元件的品牌编号是三位数字，最高有效数字中的数字表示属于机顶盒的某个子系统。 不幸的是，许多项目没有标记。 如果仍然从其他来源找到它们的名称，则在图表和文本中用撇号给出它们（例如，IC105'）。其余的根据 ESKD 进行指定，每个名称中都带有一位两位数的序列号。图表。 为了方便起见，大多数晶体管和二极管的类型是根据西门子目录[2]表示的。 事实上，“PlayStation”在很多情况下都具有亚洲生产的元素，但由于缺乏标记而无法确定其类型。 “PlayStation”的标准交付包装包括系统单元（控制台）、操纵杆、电源线、连接电视的电缆和演示 CD。 系统单元连接图如图1所示。 XNUMX.它的心脏是处理器板，机顶盒的几乎所有主要部件和七个连接器都位于其上：
所述驱动器包含CD旋转系统和带有红外半导体激光器和接收光矩阵的读取头运动的机电单元。 按下“OPEN”按钮可打开磁盘容器的安装或删除权限。 分线板将处理器板的连接器 CN102 的电路分配到四个插座。 其中两个（九针）用于将主操纵杆（“1”）和附加操纵杆（“2”）连接到控制台，其余的（八针）用于连接其他外围设备。 IVP 通过位于电源板上的脉冲电压转换器由 220 V 电源供电。 “POWER”和“RESET”按钮的用途是标准的：分别打开电源并将处理器系统设置为其初始状态。 当电源插头插入插座时，转换器始终工作。 空闲时功耗不超过2,3瓦。 用“POWER”按钮打开机顶盒后，功率增加到6 ... 11瓦。 电源电路的板对板连接采用普通电线，高频（信息）电线采用弹性带状电缆。 在附件的制造中，广泛使用了在印刷电路板表面自动安装元件的现代技术。 几乎所有安装在处理器板上的元件都是所谓的SMD（表面安装器件）。 如今，在这种设计中，不仅生产电阻器、电容器、晶体管和微电路，还生产电感器、熔断器、连接器等。 电源板 与具有线性电源的 8 位和 16 位 IVP 不同，“PlayStation”使用脉冲电源。 其优点是效率高、发热低、在网络波动和负载电流变化时输出电压稳定性高。 在各种工作模式下，机顶盒通过 +180 V 电路消耗 800...7,6 mA 的电流，通过 +360 V 电路消耗 500...3,3 mA 的电流。关不超过 100 mV。 源效率 - 53...75%。 由于转换频率的提高和准谐振电路的使用，获得了良好的参数[3, 4]。 电源板原理图如图所示。 2. 电源电压经过噪声抑制滤波器C001L001C002 供给整流二极管电桥D001-D004，然后供给电压转换器。 电容器C003消除纹波。 串联电容器C010、C011以增加可靠性，将整流器连接到机顶盒的公共线（GND电路），削弱了干扰穿透网络的影响。 根据电气安全规则，这些电容器的总电容不应超过 6600 pF [5]。
根据具有反向二极管连接的阻塞发生器电路组装单端电压转换器。 其操作基于钥匙打开状态期间变压器 T001 磁场中能量的积累以及随后传输到负载的能量。 晶体管 Q001 和 Q002 上的“自我保护”开关的设计方式是，在过载和瞬态过程中，流过它的电流受到限制，不会达到危险值。 电流传感器由电阻器R009和二极管D008组成。 来自它的电压被提供给晶体管Q002的基极，随着晶体管Q001的发射极电流的急剧增加而打开它。 结果，后者的基极电路被分流，从而导致电流限制。 在初始启动期间，钥匙通过流过电阻器 R003 的电流打开。 发电机运行所需的反馈电压从变压器T001的绕组II提供给晶体管Q001的基极。 电容器C004与晶体管Q001集电极结的电容和变压器T001的漏感一起形成串联振荡电路，其频率调谐到接近转换频率。 结果，集电极 Q001 上的电压几乎呈正弦形状 [3, 4]。 缓冲电路C005R002D005保护晶体管Q001免遭击穿。 变压器T001的次级绕组III、IV的电压经过肖特基势垒二极管D101、D102进行整流，其特点是正向压降小，改善了电源的能量特性。 电阻器R101、R102——镇流器。 它们产生转换器在空闲时稳定运行所需的负载。 稳定电压为 103 V 的齐纳二极管 D10 可限制瞬态期间可能出现的电压浪涌。 经过平滑滤波器 C101L101C103 和 C102L102C104 后，整流电压通过 SW101 开关和 CN101 连接器馈送到处理器板。 在存在两个电源电压的情况下闭合开关 SW101 的触点后，连接到“数字”晶体管 Q101 集电极电路的绿色 LED PD101 点亮。 这种相对较新的电子设备在逻辑上不是集电极开路元件。 它由基本电路中的传统晶体管和电阻分压器组成。 后者的输入可以直接连接到数字TTL或CMOS芯片的输出。 “数字”晶体管在结构（npn 或 pnp）和电阻值（1...47 kOhm）方面彼此不同。 转换器的输出电压稳定。 与+3,3V电路中的输出成比例的电压通过电阻器R101、R106组成的分压器馈送到失配放大器IC107的输入端。 放大器的输出通过电阻R103、R104和PC001光耦LED连接到+7,6V电路，当任一输出电压升高时，流过LED的电流增大，反之亦然。 结果，阻塞振荡器的反馈电路中包含的光耦合器的光电晶体管的集电极-发射极部分的电阻发生变化。 该过程会导致所生成脉冲的频率和持续时间发生变化，从而使输出电压返回到标称值。 例如，随着负载功率增加1,5倍，转换频率从160kHz降低到120kHz，同时晶体管Q001开路状态的相对持续时间（即能量累积时间）增加。 链条 R010C008 和 R105C105 赋予自动电压调节系统动态稳定性。 稳定系数相当高：当负载电流从3,3增加到0,5A时，+0,035V电路中的电压仅变化1%。对于+7,6V电压，该指标更差——当负载电流增加时为11%电流从 0,075 变为 1 A。如果任何输出短路，转换器将切换到电流稳定模式。 短路解除后，自动恢复正常工作。 正如已经提到的，当电源插头插入插座时，即使开关 SW101“POWER”的触点打开，转换器也始终工作。 因此，不应让 IVP 长时间处于这种状态 - 电源板故障可能导致火灾。 打开 EVP 进行维修时，请注意该板上的高电压。 电源板有一个 IC102 定时器，为处理器板提供复位信号。 当使用 SW101 按钮打开机顶盒以及按下并释放 SW102 按钮时，其输出处会出现持续时间为 500 ms 的低逻辑电平脉冲。 时间设定元件是电容器C106。 当+105V电路中的电压短暂下降时，D111、R112、R106、D7,6电路会产生复位信号，从而在所谓的市电电压“下降”后，IVP处理器自动重新启动。 稳定电压 D105 - 5,1 V。 在选择电源板有源元件的替代品时，应考虑表中给出的参数。 2.
如果需要，“数字”晶体管Q101可以用任何普通的低功率n-pn结构代替，方法是在其基极电路中串联一个电阻约为10kOhm的电阻。 作为IC101，可以使用TLP431CLP、TL1431（德州仪器）、HA174（日立）、KR142EN19。 在后一种情况下，您需要记住，存在一批具有非标准引脚排列的设备。 TLP621 光耦合器 (PC001) 可以替换为 TLP521 或 NEC256。 为了提高电源板的可靠性并减少其在连接网络时对其他电子设备产生的干扰，建议包含一个阻值为 001 ... 10 欧姆、额定功率的电阻至少 100 W。 配电盘 电路板图如图所示。 3、其外部连接器的触点位置-如图。 4.
请注意，具有不同数字索引的 OUT 电路是 IVP 的输入，SYN 和 PE 是输出。 该板已屏蔽。 一根 80 毫米长的柔性电缆将其连接到处理器板的插座 CN102。 请注意，XS3 插座的触点顺序与 CN102 相反。 操纵杆、手枪、方向盘、方向盘等游戏“工具”分别连接到插座XS1和XS4。 XS2 和 XS5 适用于 SCPH-1020 存储卡，这种名片大小的设备包含非易失性闪存，可记住中断游戏的当前状态。 这有利地将“PlayStation”与其他TRP区分开来，因为通过将卡转移到任何相同类型的控制台，您可以继续游戏。 “存储卡”的容量为 1 Mbit（15 个存储块，每个存储块 64 Kb，第 8 个用于服务目的）。 发行容量为120Mbps（XNUMX块）的“存储卡+”。 操纵杆 “PlayStation”用操纵杆操作方便、可靠。 请注意，除了标准设备之外，还有更先进的具有力反馈（力反馈）的设备，其中例如振动模拟游戏对象（飞机、汽车）对控制动作的反应。 已知的操纵杆与处理器单元进行无线（红外线）连接，以及精确的模拟数字，使您能够在格斗游戏、汽车和飞行模拟器中进行高精度的操纵。 考虑机顶盒随附的 SCPH-1080 操纵杆的结构。 它们通常被称为“游戏手柄”或“游戏手柄”，因为游戏（游戏）不是通过杠杆（杆）的偏转来控制的，而是通过按压弹性“枕头”（垫）来控制的。 根据内部结构，这些产品可以有条件地分为普通型和改进型。 前者包含一个无框微电路，填充了一种化合物，所有按钮的触点都连接到该微电路。 微电路的时钟发生器工作频率约为200 kHz，其外部频率设定电阻值为27…91 kOhm。 有时板上会安装容量为200 pF至0,01 uF的电容器。 改进后的操纵杆（其原理图如图5所示）是基于日本Mitsumi公司的23-0271A微电路。
IVP 处理器在电视反向帧扫描期间每秒轮询按钮状态 50 次。 为此，它生成信号 PE1、PE2、SYN1、SYN2，这些信号是以 20 ms 周期重复的脉冲串。 作为响应，在操纵杆 OUT2 的输出处，出现具有相同频率的同步脉冲，其形状不依赖于按钮的状态，并且在 OUT1 处 - 出现类似于图 6 所示的信号。 XNUMX.
按下的按钮对应于特定时间位置的负极性脉冲。 用示波器在转接板X9插座的4脚观察该信号（见图3），即可判断X1插座所连接的操纵杆正在工作。 DD1 芯片的操作由内部振荡器提供时钟，其频率 (4 MHz) 由钛酸铅-锆酸铅固溶体的压电陶瓷谐振器 (PCR) BQ1 稳定。 德国 Herbert C. Jauch 公司的 RCC [6] 的典型参数如下： 25°C 时与标称值的频率偏差 - 不超过 +0,5%，温度范围 -20...+80 内的频率漂移°C - 不超过 +0,5 .30%，谐振频率电阻 - 不超过 0,3 Ohm，老化系数 - 10 年不超过 +1,5%。 在相同频率下，RCC 比石英便宜 5...4.0 倍，并且具有高机械强度的特点。 后者对于儿童使用的操纵杆和其他设备尤其重要。 缺点是频率稳定性和品质因数降低。 如有必要，安装在操纵杆中的 HCJ-169 RCC 可以替换为 4 MHz PK33 石英谐振器和两个 XNUMX pF 电容器。 母连接器X1通过2m长的七线电缆连接至插头X2，其引脚2和7未使用。 距离插头 10 ... 30 mm 处有一个可折叠的塑料喷嘴。 其内部有一个铁氧体套管，套在直径为 16 ... 20、长度为 25 ... 30 mm 的电缆上。 通过增加穿过它的电线的电感以及它们之间的磁耦合，套管可以抑制流经电缆的电流的共模分量，从而减少辐射无线电干扰。 如果套筒“悬垂”在喷嘴内，可以用胶水或橡胶垫圈固定。 所述操纵杆采用表面贴装技术制造，具有良好的振荡器频率稳定性、外部电路保护和可维护性，通过X1连接器，可以将连接电缆从印刷电路板上拆下进行维修或更换。 SB1-SB14 按钮的接触垫具有黑色非氧化碳涂层。 处理器板 处理器板的框图如图 7 所示。 1. 在上面选择八个块。 元素属于其中一个由其参考名称中的数字的第一位数字确定：计算系统 - 2、视频 - 3、数字数据处理 - 4、音频通道 - 5、视频编码器 - 6、电源- 7、CD接口-ROM - 8、适配块 - XNUMX。
高性能“PlayStation”提供了具有被称为RISC（精简指令集计算机-具有精简指令集的计算机）的结构的中央处理器。 其特征在[7, 8]中有详细描述。 让我们回忆一下主要的：命令系统中只提供了基本操作； 所有命令具有相同的长度和结构； 微程序控制已被硬件取代； 内存访问次数被最小化。 90年代初，生产了十几种32位RISC处理器，其中有Am29000（AMD）、88000（摩托罗拉）、Clipper（仙童）。 “PlayStation”选择了由美国MIPS计算机系统公司开发的R3000A。 这个决定并非偶然。 早在 1991 年 86 月，索尼、微软、NEC、DEC、西门子、康柏和其他几家公司就组成了 ACE 联盟，该联盟制定了统一的计算工具开发方法。 建议使用 MIPS RISC 处理器和 Intel xXNUMX 处理器系列作为基础处理器。 MIPS 架构是 80 世纪 8 年代初由美国斯坦福大学开发的，作为导弹防御系统机载计算机的基础 [3000]。 R28 处理器由 MIPS 于 1988 年 2000 月 3000 日发布。这是第二代器件，是著名的 R3010 的当之无愧的继承者，R25 是首批进入商业阶段的 RISC 处理器之一。 与 R20 协处理器搭配使用的原始 R1,25 运行频率为 3010 MHz，速度为每秒 5 万次操作，每个操作平均消耗 10 个周期。 RXNUMX 通常被称为协译器。 它与中央处理器并行分析和执行命令，将浮点数的加法和乘法运算速度提高 XNUMX...XNUMX 倍。 后来，由于技术的改进，出现了时钟频率提高到3000 MHz的R45A处理器。 我想指出的是，按照今天的标准，他已经是一个“老人”了。 “PlayStation”上市一年后，MIPS 开发了 64 位 RISC 处理器 R10000，运行频率为 275 MHz。 R3000A 采用哈佛架构，即独立的指令和数据存储空间。 它配备了内部管道，因此可以同时处理多达五个命令。 R3000A输送机的工作原理如图8所示。 XNUMX.
每个命令在五个周期内执行。 在第一个（VC）中，从存储器中选择要执行的操作代码。 在第二个（RT）中，处理器从其寄存器中读取执行指令所需的数据。 在第三个（OP）中，算术逻辑单元执行指定的操作。 接下来，与存储器（PM）交换数据，并将运算结果（ZP）写入寄存器。 由于命令位于具有移位的流水线的“线程”上，因此在每个时钟周期中，所有处理器节点都忙于其工作，并且必然完成其中一个命令的执行。 程序存储器中的下一个立即放入释放的“线程”上。 不幸的是，只有当命令的执行不需要先前的工作结果时，这种理想的情况才有可能，这些工作尚未完成并且正在管道中。 在这种情况下，您必须浪费时间等待必要的数据。 对于 R3000A，损耗平均为 25%。 管道空闲时间也与对外部存储器的访问相关。 为了消除它们，使用了快速高速缓存，它充当处理器和相对较慢的主 RAM 之间的缓冲区。 RISC核心 矛盾的是，MIPS 从来没有自己的半导体生产。 RISC 处理器的制造权许可证已出售给许多公司。 正如已经提到的，第一批“PlayStation”型号使用了美国公司 LSI Logic Inc. 的 R3000A 芯片。 在后来的产品中，包括正在考虑的产品，安装了索尼计算机娱乐公司的专用 208 引脚 VLSI CXD8606AQ。 (SCEI)，它包括处理器本身，类似于R3000A、R3010A协处理器、程序缓存、数据缓存、总线仲裁器和接口节点（图9）。 CXD8606AQ 的时钟频率为 33,9 MHz，速率为 30 MT/s。 来自集成晶体振荡器X101'的时钟脉冲CLK的频率是指定频率的两倍。 系统总线上的数据交换速度达到132 Mbps。
容量为106 Mbit的外部动态数据RAM（IC16）可由一颗70引脚A65844或A67871芯片（东芝）或四颗28引脚KM48V514DJ-6（三星）组成。 视频机顶盒的操作系统“硬连线”在容量为32 Mbit 的102 针IC53403 程序ROM（SCEI 的M04IE-3030 或4）中。 它包括用于创建音乐和图形屏幕保护程序的程序以及两个菜单：音乐CD 播放器和“存储卡”服务。 顺便说一下，美国版“PlayStation”和欧洲版“PlayStation”的菜单和启动画面的设计是不同的。 计算系统连接器 “PlayStation”背面的连接器位置如图 10 所示。 103（联系号码根据印刷电路板上的标记给出）。 计算系统包括插头CN104“并行I/O”和CN102“串行I/O”。 此外，处理器板有一个CNXNUMX“JOYSTICK”插座，通过柔性电缆连接到机顶盒内的切换板。
上图。 图11显示了与CN102插座相关的电路图。 总共有七个：四个输出和三个输入，后者通过电阻R1-R3连接到+3,3V电源。极性。 例如，输入OUT3（名称不应误导，该操纵杆输出信号是处理器的输入信号）受到铁氧体滤波器FL1、二极管VD1、电阻器R4和电容器C1的保护。 电感器L104-L106抑制侵入电源电路的干扰，它们还经常执行保险丝的功能，在短路时烧毁。
小型铁氧体滤波器，类似于前面提到的FL1，以SMD元件的形式设计，广泛应用于“PlayStation”。 它们的频率响应在频率高达 100 ... 300 MHz 时是单调的，瞬态过程中没有振荡（“振铃”）。 这些产品与其他类似产品的区别在于黑色外壳，印刷电路板上没有以字母 F 开头的铭文和标记。 村田制作所 BLM11 系列滤波器的典型参数。 Co.：尺寸 0603，最大电流 - 0,2 ... 0,5 A，有源电阻 - 0,1 ... 0,7 Ohm，频率为 100 MHz - 60 ... 600 Ohm 时的阻抗。 CN103 并行端口插头设计用于连接需要直接访问处理器系统总线的高速外设。 例如，它可以是用于观看 Video-CD 光盘上的视频的模块。 68个插头引脚中的大部分通过102欧姆电阻连接到IC103、IC305、IC308、IC402、IC602、IC150的各个引脚。 引脚 1、5、16、19、34、35、39、50、53 和 68 为公共端 (GND)。 电源电压通过扼流圈 L110 和 L111 连接到触点 18、52 (+7,6 V) 和 17、51 (+3,3 V)。 联系人 31 和 65 是免费的。 CN104串口插头相关电路图如图12所示。 1.所有输入和输出均由二极管VD6-VD101和滤波器FL106-FL101保护，电源电路由扼流圈L102和L1保护。 输入信号（IN102 除外）通过晶体管 Q2 和 VT1 上的反相器提供给处理器芯片。 输出信号（Q1 除外）由使用晶体管 VT103 和 QXNUMX 的集电极开路反相器产生。
串行端口主要用于在“网络”模式下玩时连接两个控制台，许多程序（“命令与征服”、“毁灭公爵”）中都提供了该端口。 玩家互相对抗，每个人都控制自己的控制台。 七线连接电缆（连接电缆）的长度可达数米。 如果没有专有的，可以按照图13所示方案制作。 11. 如果没有合适的电缆插座，请使用传统的“录音机”插头 ONTs-VG-7-16/7 (SSh-7)。 在这种情况下，您需要为每个连接的控制台配备一个SG-104插座，该插座应与CN14插头并联，例如，如图XNUMX所示。 XNUMX（从鸟巢看去）。 不幸的是，很难在处理器单元中找到用于额外插座的空间，并且很可能必须将其悬挂在布线到外部的线束上。
视频系统 视频系统“PlayStation”的速度为每秒66万次操作。 SCEI 的 208 引脚 IC203 CXD8561 芯片负责绘制多边形、通过单独旋转和缩放移动像素精灵，以及使用特定颜色绘制图像轮廓。 每秒处理 1,5 万个均匀着色（平面阴影）、500 万个纹理（纹理映射）或发光（光源）多边形。 NEC 的 mPD201GF-A481850 芯片用作视频 RAM IC12（图 15）。 该 8 Mbit 动态同步图形 RAM (SGRAM) 由两个存储体组成，每个存储体包含 131072 个 32 位字。 有两个 32 位颜色和掩码寄存器。 内存再生会在 1024 ms 内自动发生 16 个周期。 SGRAM 允许您尽快更改屏幕上的图像。 通过向控制寄存器写入某些命令，可以执行数据的分页和音节写入/读取、加速清除、屏蔽数据处理以及存储体之间的内容交换。 所有操作均在 CLK 信号的上升沿同步执行。
mPD481850GF-A12 的写/读周期持续时间为 12 ns，最大时钟频率为 83 MHz（工作频率 - 67,7376 MHz），电源电压 - 3...3,6 V，电流消耗 - 6...310 mA V 取决于操作模式。 微电路 KM201G4132BQ-271 (Samsung)、mPD10-A481850 (NEC) 可作为 IC10 安装。 IC202 TDA8771A 芯片（图 16）是 Philips 的三通道视频 DAC，专为 24 位颜色编码（计算机图形学中称为 TrueColor）而设计。 其电源电压为 4,5 ... 5,5 V，电流消耗为 10 ... 45 mA。
颜色分量 R、G、B 分配有输入代码的八位数字，可让您再现 16777216 种色调。 在电阻为 1 kOhm 的负载下，三个通道中每个通道的输出电压在 0,26（代码 0H）到 3,2 V（代码 0FFH）之间变化。 VCLK 输入（引脚 31）的时钟频率为 13,3 MHz - 恰好比从 X201 晶体振荡器获得的 GCLK 频率小四倍。 对于工作微电路，引脚 33 (VREF) 处的电压在 1,2...1,3 V 范围内。有时 MC202FT 微电路 (Motorola) 用作 IC141685。 数字数据处理系统 从CD读取的数据进入解码器IC305（索尼的100针CXD1815芯片）。 它与 IC304'（来自 Sierra Semiconductor Corp. 的 SC430929PB，52 引脚）一起接收串行数据流，从中提取帧和位同步信号，检查解码信息的正确性并纠正错误。 据信，由于冗余，所采用的编码方法可以自动从长度达 2,4 毫米的 CD 表面的划痕中恢复丢失的数据。 为了为解码器提供服务，需要使用容量为 303 Kbps (256K (32)) 的静态缓冲 RAM IC8。UM62256V-10 RAM 芯片可以替换为 62W256LTM8、KM62V256CL-10L，访问时间不超过 100 ns。国产KR537RU21不能使用，因为它们不是为3,6V电源设计的。 处理系统整体速度为每秒80万次运算，支持JPEG（静止图像传输）、MPEG1（运动图像传输）、H.261（视频会议）格式。 声音处理器为IC308（索尼的100针CXD2925Q芯片），连接4 Mbit RAM（三菱的40针M5M44260CJ芯片或富士通的MB814260-70）。 内存组织 - 256Kh16。 “PlayStation”的音乐功能允许您将其连接到固定的 UMZCH 或通过立体声耳机收听录音，将其用作家用 CD 播放器。 音质将非常适合每个人，除了高端设备的粉丝。 音频 CD 服务菜单提供倒带、搜索记录、编程播放顺序等功能。 您甚至可以收听游戏程序的声音片段。 声音通道 将来自 IC308 音频处理器的数字数据转换为模拟形式的单元图如图 17 所示。 402.其基础是日本旭化成微系统公司的IC4309 AK16AVM芯片。 有限公司- 专用双通道 XNUMX 位 Delta-Sigma DAC。 从结构上看，它是一个连续的一位。 理论上，当处理具有均匀频谱的类噪声信号时，Deltasigma 调制最为有效。 这就解释了为什么配备这些 DAC 的廉价消费类 CD 播放器不能很好地播放古典音乐，但在聆听富有表现力的摇滚乐时却表现出色。
AK4309AVM 的主要参数：采样频率 - 44,1 kHz，频率响应不均匀度 - % 0,5 dB（频率范围 0 ... 20 kHz），动态范围 - 85 ... 91 dB，通道间串扰 - 80 ... 90 dB ，最大输出电压 - 3,2 ... 3,6 V，功耗 - 80 ... 120 mW，电源电压为 4,5 ... 5,5 V。 AK4309AVM 可以替换为同一公司的 AK4309VM 或 AK4310 微电路。 DAC输入接收三个信号，其时序图如图18所示。 4（LRCK - 左右通道的数据切换，SDATA - 串行数据，BICK - 位同步），以及MCLK - 频率为CLK / 16,9344（1,5 MHz）的时钟脉冲。 游戏程序中左（L-AUDIO）和右（RAUDIO）通道的输出信号的平均幅度为2 ... XNUMX V。
晶体管按键Q403、Q404在按下“RESET”按钮时阻挡声音（控制电压通过电阻器R7、二极管Q401和“数字”晶体管VT2提供）。 同时，复位信号经R9C1电路送至IC402芯片。 IC37 芯片第 308 脚通过晶体管 VT1 和 VT2 发出的信号也会阻挡声音。 电阻器R10、R11的分压器在晶体管VT3,8的发射极处设置约2V的电势。 电容器C407、C443、C2、C3、C5、C6滤除噪声。 视频编码器 在图中。 图 19 显示了负责生成电视信号的“PlayStation”电路的一部分。 RGB-PAL 编码器 IC501▓ 是 CXA1645M 芯片，功能类似于 Sega Mega Drive-1145 中使用的 CXA2M。 其输入通过晶体管 Q501-Q503 上的射极跟随器接收幅度为 1 V 的颜色信号 R、G、B，以及具有 TTL 电平的垂直和水平 SYNC 同步脉冲的混合信号。
CN502“AV MULTI OUT”插头提供六个输出信号。 VIDEO 是 1,5 V PAL 全彩视频信号，Y-OUT 和 C-OUT 分别是该信号的亮度和颜色分量。 （有时它们被称为 S 视频或 Y / C 视频。具有特殊输入的电视通过消除电视路径中的一些转换来提供更高的图像质量）。 R-OUT、G-OUT、B-OUT - 幅度为 1...1,5V 的原色视频信号。 电阻器R11-R16和二极管VD1-VD3、VD6起保护作用。 齐纳二极管 VD4、VD5、VD7-VD14（稳定电压 4,7 V）成对反串联连接，用作瞬态限制器并保护器件免受静电电荷的影响。 所有列出的输出都可以直接连接到 75 欧姆负载。 这使您不仅可以将电视连接到视频机顶盒，还可以将视频监视器连接到视频机顶盒。 您可以将 Y-OUT 或 VIDEO 信号发送到黑白电视（显示器），将 VIDEO 或 R-OUT、G-OUT、BOUT 或 Y-OUT、C-OUT 信号发送到彩色电视（取决于型号） ）。 机顶盒随附的电缆用于连接 CN502 插座端，带有黄色 (VIDEO)、红色 (R-AUDIO) 和白色 (L-AUDIO) 三个郁金香插头。 “PlayStation”的某些型号配备了适配器“euro-scart”（EURO-AV 连接器插头）。 其引脚位置及用途如图所示。 20（未使用的和通常丢失的以虚线显示）。
如果电视有立体声声道，则电缆的红色和白色插头分别连接到左右立体声声道的输入。 直接连接到游戏机的 RAUDIO 和 L-AUDIO 输出或带有外部扬声器的立体声 UMZCH 的立体声耳机将提供更高的音质。 放大器必须设计用于幅度高达 3,5 V 的输入信号。要连接它，您必须制作一个适配器。 大多数电视没有立体声。 游戏软件菜单通常允许选择“MONO”-“STEREO”或“MONO”-“D”，仅连接其中一个立体声通道将出现故障。PlayStation手册建议连接左侧立体声的白色插头在这种情况下，将声道连接到单声道输入。在“MONO”模式下，左右立体声声道的输出处会产生相同的总和信号，并且无论哪一个连接到电视都没有关系。 从 CN6 插座的插座 502 引出的 +4,9 V 电压（电流高达 25 mA）旨在为 SCPH-1122RFU 外部 RF 调制器供电，该调制器允许您将视频机顶盒信号发送到电视的天线插孔。 该调制器通常不包含在“PlayStation &”包中。您可以使用“Dendy”、“Sega Mega Drive-2”机顶盒或家用录像机中的类似节点来代替“本机”调制器。 动力源泉 处理器板电源示意图如图 21 所示。 602. CN601 连接器的电路由熔断器 PS605PSXNUMX 保护。 在某些型号中，其工作电流可能比图中所示的电流大两到三倍。 众多扼流圈和电容器可抑制穿透电源电路的脉冲噪声。 大量陶瓷隔直电容器（图中未示出）安装在处理器板上紧邻微电路电源引脚的位置。
与 8 位和 16 位 IVP 不同，PlayStation 使用多种电源电压额定值：7,6； 5； 4,9； 3,6； 输入电压为3,3V，经IC7,6微电路得到601V，经晶体管VT5、VT2、VT4上的稳压器降为5V。晶体管VT3,6、VT1上装有限流器，保护连接到 CN3 插座的设备中的短路前缀。 短路电流 - 502 ... 70 mA，空载限制器输出电压 - 大约 80 V。 机顶盒的模拟微电路的供电电压为5V，数字微电路包括处理器和存储器（除IC310、IC801’外）为3,3V。数字集成电路对低压电源的需求出现在以下情况：半导体结构设计的技术标准变得小于0,7微米。 晶体内部的电场强度增加如此之大，以至于在 5 V 的电压下就有可能击穿。 80年代中期，JEDEC标准推荐电源电压为3,3V+10%。 在“PlayStation”中，它通常更接近上限并达到3,5...3,55 V。低压电源的积极后果是功耗降低和微电路热状况的改善。 奖金达到50%以上。 初始复位电路由元件R1-R6、C2、C7组成。 在初始状态下，RES线上的电压的逻辑电平为高。 光盘接口 “PlayStation”的广泛可能性主要与其中的 CD-ROM 驱动器有关。 声音效果、“现场”图像、三维动画、对话需要大量的程序和源数据。 CD-ROM 允许您处理 650 MB 的信息（与“Sega Mega Drive-4”机顶盒的最大容量盒中的 2 MB 相比）。 数据读取速度 - “加倍”(300 Kb/s)。 该驱动器与音乐 CD 播放器中最常用的驱动器类似。 其器件的详细信息可以在[9-11]中找到。 众所周知，数据是通过光反射信息层表面上的微坑记录在CD上的，这些微坑形成从盘中心向其周边展开的连续螺旋轨道。 红外波长范围（780 nm）的半导体激光器通过透镜用窄光束照射轨道，微坑和它们之间的间隙的反射方式不同。 光矩阵接收反射的调制光并将其转换为电信号。 预处理器由IC703、IC705'和IC708芯片组成，将它们放大并转换成方便进一步使用的形式。 该驱动器由基于IC701 CXD2545Q芯片的控制器控制。 从功能上讲，它是多种自动控制系统 (ACS) 的基础。 SAR-VD（磁盘旋转）控制引擎，保持信息磁道相对于读取头 (SG) 的恒定运动线速度。 磁盘旋转频率从信息螺旋开始时读取数据时的 1000 min-1 到结束时的 400 min-1 不等。 当CD容器的盖子打开时，CAP-VD将紧急停止发动机。 SPSG（SG定位系统）使用步进电机使SG沿圆盘半径移动。 蜗轮用于将旋转运动转换为平移运动。 有一个接触传感器用于检测 SG 与磁盘中心的接近程度。 触发后，SG 在此方向的进一步移动将被阻止。 CAP-PC（径向跟踪）确保激光束照射的光斑严格沿着记录轨道的中心线移动。 它在一个方向或另一个方向上的偏差导致光矩阵输出端的电压发生变化，该变化由控制器转换成相应符号的控制信号，作用于镜头伺服机构。 磁盘旋转偏心率为+0,1 µm，跟踪精度达到+70 µm。 SAR-F（聚焦）保持CD信息层和透镜之间的距离相同。 这是必要的，因为透镜的景深仅为+1,9 µm，而光盘表面的跳动可高达+0,5 mm。 为了补偿它们，SAR-F 在与盘旋转频率一致的拍频处具有较大的稳定系数。 视频机顶盒读取低质量南亚光盘的能力很大程度上取决于该系统的特性，这些光盘的表面曲率通常是肉眼可见的。 SAR-F 控制信号也发送至镜头伺服系统。 SAR-ML（激光功率）可稳定半导体激光器的强烈温度依赖性输出功率。 功率传感器是一个内置光电二极管。 所用激光二极管的主要参数为： 工作电流 - 45...110 mA，电压 1,6...2,2 V； 最大辐射功率 - 3...5 mW（工作时 - 0,4...1 mW）； 耐用性——长达100万小时。 上图。 图22示出了CD-ROM驱动器及其与处理器板的接口电路的示意图。 专为 CD 播放器和 CD-ROM 驱动器设计的 IC702 芯片（来自 Rohm 的 BA6392FP）的三个相同的放大通道，控制镜头伺服（L1、L2）和 SG 驱动电机（M2），以及第四个差动 - 光盘旋转电机（M1）。 BA6392FP 的基本参数：电源电压 - 6...16 V、静态电流 - 8...18 mA、耗散功率 - 1,7 W、负载电阻 - 8...20 Ohm、输出电压 - 1,3.. .5,2 V ，磁盘旋转通道的增益 - 8...13 dB。 在初始状态下，当电机停止时，BA6392FP 所有输出端的电压相同且接近 3,5 V。根据各个输出端的电压差，电机朝一个方向或另一个方向旋转。
M1 电机以组合方式控制：粗略地 - 通过改变恒定分量，精确地 - 通过不同极性的脉冲串。 磁盘旋转工作方向为顺时针方向（IC27的26、702脚有正电压差）。 打开 CD 存取盖会通过向 M1 电机施加反极性电压来导致紧急制动。 移动 SG 的步进电机 M2 的控制仅采用脉冲方式。 当 SG 滑架靠在限位器上时，开关 S1 的触点闭合。 SPSG 接收禁止 SG 进一步移动的信号。 滤波器FB701-FB704抑制开关噪声，齐纳二极管VD1-VD4具有4,7V的稳定电压限制电压浪涌。 镜头伺服电机的作用类似于动态扬声器驱动器，其中位于永磁体磁场中的音圈在流动电流的影响下移动。 伺服线圈 L1 和 L2 在相互垂直的平面内移动透镜。 它们的磁路是由稀土合金制成的永磁体。 伺服灵敏度达到4mm/V。 激光发射二极管A1连接到晶体管Q701的集电极电路。 额定电流 - 60...80 mA。 该调节由电阻器 R1 执行，该电阻器位于连接 SG 和 CN702 插头的柔性印刷带状电缆上，并包含在 SAR-ML 反馈电路中。 随着电阻减小，电流和激光功率增加。 从光电晶体管 A2 矩阵获取的信号通过耦合电容器 C3-C6 馈送到 IC703 (A1791N) 微电路。 该器件的灵敏度由微调电阻RV703调节。 适应单元 此块的目的是确保机顶盒能够正常运行标有“NTSC U / C”（美国/加拿大）、“NTSC J”（日本）、PAL（欧洲、亚洲）的品牌和非品牌 CD ）。 其装置原理图如图所示。 23. 对于 IC801'，使用所谓的“通用芯片” - Zilog 的八位 Z86E0208PSC 微控制器，带有屏蔽的 512 字节 ROM，在制造过程中将客户提交的程序输入其中。 4,433 MHz 的时钟频率等于 PAL 系统中的彩色副载波频率，由 Z801' 石英谐振器设置。
该块仅使用微控制器的两个输出。 在第一个（Q1）上，形成CDROM接口的同步序列，在第二个（Q2）上，当电源打开时，产生持续时间约为1秒的高逻辑电平脉冲。 适配块的所有元件都安装在单独的印刷电路板上，粘在机顶盒处理器板的背面并通过电线与其连接。 某些“PlayStation”型号使用 Microchip Technology 的 86C0208/P 微控制器而不是 Z12E508PSC。 供应商维修 在品牌服务中心，“PlayStation”的维修通常不会超过 15 分钟——正是用明显好的主板更换有故障的主板所需的时间。 另一件事是业余条件和缺乏备件。 当开始修理内部装有半导体激光器的“PlayStation”时，应该记住它的辐射对人类是危险的。 当然，这不是“工程师加林的双曲面”，其辐射强度不足以损坏手部皮肤等，但眼睛很容易受到不可见红外线的伤害。 根据盒子上的标签，“PlayStation”被归类为激光安全 1 类设备，不会对健康构成威胁。 事实上，在机顶盒的正常使用过程中，其设计和电气联锁不允许眼睛直接接触激光辐射。 另一件事是拆下顶盖进行维修。 根据危险程度，此类工作被归类为 2 级，即需要进行预防性指导，但尚不需要特殊的眼睛保护。 严格不建议查看激光的“窥视孔”，尤其是近距离时。 距离它20厘米处，辐射密度为44μW/cm2，在其附近辐射密度更高。 眼睛的晶状体将光线聚焦在视网膜上，显着增加了辐射密度。 例如，瞳孔直径为0,5厘米，其焦点处的功率通量密度是入射功率通量密度的60倍！ 因此，即使是被认为安全的辐射，视网膜也可能受到不可逆转的损伤。 如有必要，只能使用红外敏感夜视设备观察激光束。 当然，在维修“PlayStation”时，不要忘记电源板上的高压这样平常的事情。 即使使用“POWER”按钮关闭游戏机，只要电源插头插入插座，电压转换器就会工作。 故障电源板可以用具有两种输出电压的自制电源替换：负载电流至少为 3,3 A 时为 3,6 ... 0,7 V，负载电流至少为 7,4 A 时为 7,8 ... 1 V。电压必须稳定（最好能够在小范围内调整），纹波小于 100 mV。 必须保护装置免受短路影响。 RES 复位信号可由任何常开按钮连接到连接器 CN4 的引脚 5 和 602 之间来给出。 与按钮并联，最好安装一个容量为 1 ... 2,2 微法的电容器。 分线板很少出现故障。 大多数情况下，其缺陷是机械性质的。 但是，如果带状电缆断裂，您不应尝试焊接其导体 - 它们会立即蒸发。 最好用普通的细线制作新电缆。 处理器板的维修应从所有保险丝、电感器、铁氧体滤波器和芯片跳线的“响铃”开始。 故障贴片电阻可用国产R1-4-0,125W更换，贴片电容用K10-17-4v更换。 如果空间允许，可以安装普通元件，并相应地形成其结论。 注意连接器 CN102 和 CN702。 它们无法承受反复的“强力”对接和脱离。 如果连接松动，请小心拧紧触点，用弹性支架紧固铰接部件。 在电源打开的情况下对接和拔出机顶盒连接器常常会导致各种电路中的保护二极管和齐纳二极管失效。 并行端口连接器 CN103 除外。 其中，电源电路和公共导线的触点在结构上设计为先连接、后断开。 这保证了信息电路连接的安全。 接下来，检查晶体管和二极管。 表中给出了处理器板中使用的半导体器件的参数。 3、晶体管端子位置如图24所示。 3129. 数据取自西门子目录，尽管实际上安装了来自未知制造商的类似设备，有时外壳上没有任何标记。 并不总是可以用欧姆表或探头检查“数字”晶体管，但在任何情况下都应该测量“发射极”结的电阻。 有故障的小功率晶体管可用国产KT3130、KT102系列晶体管更换。 表面贴装封装中的器件也可以用传统器件中的对应器件替换，最好是带引线。 例如，合适的是KD109、KD518、KD315系列的二极管、KT361、KTXNUMX系列的晶体管。
如果RGBPAL编码器出现故障，可以尝试使用R、G、B、SYNC信号（CXA2M芯片的3、4、10、1645脚）将机顶盒连接到电视。 接口设备选项对于无线电爱好者来说是众所周知的。 TA78M05F 稳压器可以通过选择在 142 V 输入电压下稳定工作的副本来替换为更强大的国产 KR5EN7,6A 微电路。为了促进控制 CD-ROM 驱动电机的 BA6392FP 微电路的热状态，建议将尺寸为 40x10 毫米的金属散热器粘合到其外壳上。 用国产芯片替代处理器板上的数字芯片实际上是不可能的，因为它们主要使用低压逻辑芯片和超大规模集成电路，没有类似的芯片。 几乎任何在 3,6 V (IC708) 或 7,6 V (IC704') 电源电压下工作的运算放大器都可以替换。 仅在某些光盘上观察到 CD 驱动器运行不稳定，通常表明光盘质量较差。 驱动器故障的其他原因包括柔性 SG 电缆中的微裂纹、透镜未对准、运动部件磨损、润滑剂干燥。 一种特殊情况是由于操作不慎而损坏光学器件。 镜片上的划痕无法修复。 尝试用化学活性物质、古龙水、各种清洁剂清洗它只会导致“镜片”浑浊。 建议仅使用非常柔软的毛刷来清洁镜头，并且在严重污染的情况下 - 使用连接在木棍上的干净棉签，并稍微沾湿用于清洁光学仪器的液体。 诊断故障时，使用图25所示的装置很方便。 XNUMX. 其基础是由箔玻璃纤维制成的板，其两端安装有小型无线电元件（电容器、电阻器），并配有用于连接到被测设备印刷电路板的接触垫的引脚。 建议手头准备几根类似的棒，并配备不同额定值的元件，包括短路跳线和小型可变电阻器。 通过将杆连接到设备的各个点，您可以快速定位故障。 结论 我想指出的是，“PlayStation”除了纯粹的游戏用途之外，还可以作为掌握编程的良好激励。 PlayStation 光盘可以在 IBM 兼容计算机上读取。 在绝大多数情况下，您可以查看程序代码、消息文本，甚至可以听到游戏中的旋律和语音插入。 例如，声音文件*.pcm、*.da由WINDOWS 95中的标准“Laser Player”程序播放。游戏程序的俄罗斯化开辟了广阔的活动领域，从其他计算机平台转移流行游戏，并开发你自己的软件。 文学
作者：S.Ryumik，乌克兰切尔尼戈夫
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