Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

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Bouz
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Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par Bouz »

Je vous propose une expérience un peu nouvelle pour moi sur le forum Delta-Island. J'ai déjà tenté le concept sur mon forum d'origine, et j'aimerais savoir si ça vous intéresse, parce que ça prend un temps fou... Et si ça prend trop de stockage, il faut me le dire aussi. J'ai compressé les images à bloc.
Le concept est donc une sorte de roman photo où je décris une réparation de carte d'arcade, photos à l'appui. Ca me permet d'expliquer un peu plus de détails que ce que je ferais dans le cadre d'une vidéo, et il y a quand même une vidéo à la fin.
J'essaie en général de faire ça pendant la réparation, mais dans ce cas précis, j'ai terminé la réparation ce week-end.
Il s'agit d'une mission un peu particulière, dans la mesure où j'ai décidé d'offrir ce jeu à un ami pour son anniversaire, et cet anniversaire est dans 2 semaines. Résultat: j'avais le droit à 2 week-ends pour en venir à bout.

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Petite présentation de la chose: un PCB bootleg de Pang, vendu comme un Super Pang (j'ai eu droit à une remise sur un slot MVS HS pour compenser). Il n'y a donc naturellement aucune documentation technique, ni aucun plan à disposition. Et quand on branche le PCB, on a un joyeux Click of death, qui ne sent pas forcément très bon.

Le click of death, comme j'ai eu l'occasion de l'expliquer quelque fois, c'est typique d'une carte d'arcade...
Lors du déroulement d'un jeu, le code du jeu accède à une zone précise de la mémoire à intervalles réguliers. S'il ne le fait pas, la carte considère que le jeu et planté et le reboote. Au passage, on se prend potentiellement un reset du circuit audio, qui balance une impulsion sur le haut-parleur, et bim, click de la mort (parce que la carte est morte, et ça fait clic).

La carte dispose de 3 oscillateurs: 2 sont basés sur des résonateurs à quarts de 12MHz (Z80 principal) et 10MHz (Z80 de la section audio / synchèse de fréquence Yamaha), et un sur un résonateur céramique de 400kHz pour la puce OKI qui joue les échantillons ADPCM des effets sonores.

Côté section audio, quelque chose me dit qu'il y a un souci...

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Pour rappel ou info, un quartz ne suffit pas à générer un signal alternatif. Il n'est là que pour fixer la fréquence d'un circuit oscillant en entrant en résonance à une fréquence précise qui lui est propre.
Il ne faut pas confondre les quartz et les oscillateurs à quartz, composants parallélépipédiques à 4 broches qu'on alimente et qui sortent un signal sinusoïdal. Ces composants contiennent en fait un circuit oscillant et un résonateur à quartz.

Bref, je remplace le quartz pété par un nouveau quartz à 10MHz, et je sonde une broche du quartz...

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Et j'obtiens un signal carrément faiblard, et à 30MHz au lieu de 10!

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L'oscillation est créée par ce quadruple inverseur. L'idée est d'utiliser des portes inverseuses, et d'en brancher un nombre impair en boucle. Ici, on n'en utilise qu'une seule: on prend son entrée, et on la branche sur sa sortie.
Résultat: elle reçoit un oui, elle se répond non, donc elle se répond oui, donc elle se répond non, ...
En mettant des condensateurs et des résistances dans la boucle, on peut jouer sur la constante de temps de la rétroaction, et en ajoutant un résonateur à quartz, on peut fixer précisément la fréquence d'oscillation.

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J'essaie de faire varier la fréquence d'oscillation en faisant varier la capacité (j'ajoute un condendateur en parallèle)...

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Et magie: je retombe sur mon signal à 10MHz, bien plus fort que celui que j'observais tout-à-l'heure.

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Je peux dégager l'ancien condensateur, et le remplacer par un beau condensateur tout neuf.
Du balai!

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Mais tout ça, c'était il y a 6 mois. Voyant que je n'avais toujours pas d'image, je suis passé à autre chose et j'ai réparé une brouette de slots MVS.
Seulement là, il faut vraiment que je m'y remette et que je fasse marcher cette carte, et vite!

Sur une carte d'arcade post milieu des années 80, le plus souvent, la logique de la carte, pilotée par le CPU, est dissociée de la logique d'affichage. Avant ça, il arrivait que le CPU gère lui-même le rafraîchissement de l'écran, au grand dam des performances.
Pour avoir un affichage, même moche, la première étape est d'avoir un signal de synchro vidéo à 15kHz. Si l'écran reçoit ce signal, il affichera quelque chose.
Je pars donc du fil de synchro sur le connecteur JAMMA...

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Je suis la synchro jusqu'à une porte logique (une porte NAND si je me souviens bien), mon multimètre m'en assure.

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J'observe quelque chose qui ressemble fortement à un signal de synchro composite (horizontale + verticale), et je ne comprends donc pas trop pourquoi je n'ai pas d'affichage...

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Jusqu'à ce que je mesure la fréquence du signal. Un magnifique signal de 20Hz, soit le tiers de la fréquence attendue par l'écran.

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Au passage, si je teste les entrées de la porte logique à l'oscilloscope...

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Je retrouve ici le signal de synchro horizontale, déclenchée à chaque ligne affichée (c'est le signal qui est normalement à 15kHz)...

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Et juste à côté, le signal de synchro verticale, déclenché à chaque début de rafraîchissement (c'est le signal à 60Hz)...

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Je retrouve sur le signal HSync une période de 195us environ au lieu des 63us attendues, soit une fréquence de 5kHz au lieu de 15!

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Il faut se rendre à l'évidence, le rapport de 3 n'est pas anodin, il correspond à l'écart entre les 30MHz que j'observais au départ et les 10MHz que j'ai fièrement "retrouvés" à force de bricolage.
Etant donné qu'il s'est passé plusieurs mois depuis l'opération, inutile de fouiller les poubelles, l'ancien condensateur est parti.
Heureusement, grâce à la photo, je lis une valeur et je remplace le condensateur par 3 fois plus petit que le précédent..

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Mon circuit résone toujours à 10MHz, mais quand je perturbe la sortie de ma porte inverseuse avec mes pinces conductrices...

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Je retrouve un semblant de signal à 15kHz et j'ai un affichage (pété, mais j'ai un affichage, alors je suis content, mais à moitié parce que je ne compte pas souder mes pinces sur la puce).

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A force de redémarrages, comble de l'excitation, il arrive même que le circuit oscille directement à la bonne fréquence, et que j'obtienne une image!
Bon, l'image est un peu rouge, mais ça montre que le reste de la carte fonctionne à peu près!
On dirait donc que la logique de la carte se synchronise avec la logique d'affichage (ou avec la processeur audio?) au démarrage, et que quand elle n'y arrive pas, elle ne démarre pas.

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Pour stabiliser le signal, j'ai déjà expérimenté par le passé (sur Thunder Hoop) le placement d'un condensateur en parallèle sur le résonateur. Le problème, c'est que ça change la fréquence de résonance. Et là, on a un CPU et un signal vidéo en face, alors on a besoin de justesse.
Qu'à celà ne tienne, je tente le coup avec une résistance de 10kOhms en parallèle sur le quartz..
Le signal sort à présent quasi toujours à 30MHz et j'ai un affichage (cassé).

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Mais quasi, ce n'est pas assez. Pour réduire encore un peu plus les erreurs, après m'être aperçu que l'une des deux résistances marquées 330Ohms n'était pas dans sa plage de tolérance, je les remplace toutes les deux.

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Hop, on soude.

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Et voilà, on a un affichage à tous les coups, youpi, on va pouvoir passer aux choses sérieuses!

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Etant donné qu'il arrivait à la carte de booter correctement de temps en temps, je me dis que le reset est peut-être relâché trop vite, avant que les horloges se soient stabilisées.
Petite explication.. Le RESET, c'est un signal qui tient les diverses puces (et notamment les microprocesseurs) en état de stase. Une fois le signal levé, les puces démarrent toutes en même temps.
Lors de la mise sous tension des cartes, il faut un petit moment (quelques millisecondes) pour que l'alimentation se stabilise, que les condensateurs de découplage de chargent (ça va vite), et que les horloges se mettent en résonance à leur fréquence propre.
Le boulot du circuit de reset, c'est d'attendre un moment avant de lâcher les chevaux.

Après la mise sous tension, si je fais un RESET à la main en mettant à la masse la broche de reset du Z80 principal...

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La carte démarre à chaque fois! On dirait qu'on a un souci avec le circuit de reset.

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Ces circuits sont plus ou moins élaborés, parfois avec des puces dédiées à la gestion de l'alimentation, qui genèrent un signal lorsque la tention atteint un niveau spécifique, par exemple.
Une chose est à peu près constante dans tout ça: on trouve quasiment tout le temps au moins un condensateur dont la charge définit le temps d'attente.

Si on fait abstraction des condensateurs de la section audio et d'éventuels condensateurs de découplage de l'alimentation, on tombe assez vite sur le condensateur du circuit de reset (quand il y en a un). Et on trouve donc le circuit de reset pas loin.

Ici, je le trouve dans un coin de la carte.
Au passage, la technique du bricoleur avec Paint.Net et des calques...
- Je prends une photo de la carte
- J'ajoute un calque pour coller le schéma des puces
- J'ajoute un calque pour mettre du blanc derrière parce que sinon on ne voit rien7
- J'ajoute un calque pour mettre les fils que j'ai réussi à suivre sur la carte
- J'ajoute un calque pour les annotations
Ca fait des calques, mais c'est assez pratique.

On voit ici une porte NAND trigger de Schmitt, dont les entrées sont reliées ensemble. Ce qui nous fait une porte NOT avec un trigger de Schmitt.
Le trigger de Schmitt permet d'avoir une tension de bascule d'un état à l'autre qui dépend du sens dans lequel l'entrée varie. Concrètement, ça permet d'avoir deux seuils distincts et d'éviter les oscillations / rebonds indésirables.
Le signal de RESET à l'état bas: le CPU reste bloqué tant que le signal est à 0V. Il démarre quand on est à 5V (environ).
Ici, ça devient un peu tordu dans le timing:
- La première porte, en bas à gauche, a une entrée à 0V au démarrage
- Sa sortie est donc à 5V.
- Sa sortie est raccordée à l'entrée de la porte suivante via un condensateur, qui va se charger. Au départ, elle a donc une tension de 0V en entrée.
- Et elle a donc une sortie à 5V
- Le CPU démarre donc d'entrée de jeu
- Je ne sais pas à quelle vitesse le condensateur de droite se charge, alors je vais faire abstraction pour le moment. Ca va dépendre de la résistance interne de la porte de gauche, alors autant dire que je n'en sais rien et que ça dépend des portes. Mais le fait est que quand il sera chargé, le RESET passera à 0V et le CPU sera bloqué.
- Le condensateur de gauche est chargé via la résistance du haut, jusqu'à atteindre le seuil de bascule du trigger
- La porte de gauche va alors basculer à l'état bas (0V) et décharger le condensateur de droite
- La porte de droite va alors attendre que le seul inférieur de son trigger soit atteint (le condensateur se décharge), et détecter un état bas en entrée
- Elle bascule alors à l'état haut, le RESET avec elle, et le CPU peut partir.

Pour faire simple, on a un état haut au démarrage, puis un état bas, puis un état haut. Concrètement, on une impulsion de reset, donc la durée dépend du condensateur de droite, et le délai de celui de gauche.

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Le condensateur de gauche est étiqueté à 47uF et mesure à 30 => il est mort.
Je le remplace par un condensateur de 100uF pour augmenter le délai de déclenchement du reset et laisser le temps à mon bricolage des 30MHz de se stabiliser.
Je change aussi le second, qui a une sale tête, et je lui remets sa version de base, à savoir 22uF.

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Résultat: ça boote à tous les coups!
(au passage, la charge du premier condensateur en rouge, le reset en bleu, je n'ai que 2 sondes, alors on ne voit pas l'enchaînement, dommage)

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La suite très vite!
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par ArcAdiA »

Très très intéressant toutes ces étapes et tout ces détails.
Sans compter que ça peut aider d'autres personne qui cherchent à ressusciter des pcb.
Un grand merci
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Bouz
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par Bouz »

C'est bien l'idée de depart ;).
Merci pour ton retour, j'en déduis que je mène l'expérience jusqu'au bout. La suite probablement ce soir, du coup!
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ArcAdiA
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par ArcAdiA »

Ah oui, avec plaisir.

Je n'ai pas tout compris, mais j'ai pris plaisir à te lire car c'est bien expliqué et bien détaillé.
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kitchen34
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par kitchen34 »

coucou tu as combien de chip a programmer du coup ::d
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par Xrider »

Salut Aurélien,

Merci pour ce diag "in progress" TRÈS détaillé !
Les logiques des 7400, leurs capa associés ainsi que les quartz... ah que du bon pour se faire des grandes parties de gymnastique mentale :perv: !
Félicitations pour ce travail de recherche ! Sans motivation exacerbée et des compétences accrues, c'est tout simplement impossible à diagnostiquer !

Merci Aurélien pour la technique des calques, je n'y avais jamais pensé, pourtant c'est TOP, je testerai cette technique prochainement :super:

La communauté Delta island a vraiment BEAUCOUP de chance de compter parmi les siens, et moi j'ai beaucoup de chance de te connaitre :winner1: !
Ton retour d'expérience et tes diags sont toujours aussi passionnants ! Je n'en manque pas un mot !

Vivement la suite :amen:

Xrider
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par Bouz »

ArcAdiA a écrit : mar. 24 mai 2022 14:48 Ah oui, avec plaisir.
Je n'ai pas tout compris, mais j'ai pris plaisir à te lire car c'est bien expliqué et bien détaillé.
Alors on continue!
kitchen34 a écrit : mar. 24 mai 2022 15:14 coucou tu as combien de chip a programmer du coup ::d
Eh ben sur ce coup-là, tout ce qui était programmable fonctionnait. Et c'est une bonne nouvelle, parce qu'il y a plusieurs PAL sur la carte, et trouver des dumps de PAL de bootlegs, c'est mission impossible!
Xrider a écrit : mar. 24 mai 2022 16:54 Merci pour ce diag "in progress" TRÈS détaillé !
Les logiques des 7400, leurs capa associés ainsi que les quartz... ah que du bon pour se faire des grandes parties de gymnastique mentale :perv: !
Félicitations pour ce travail de recherche ! Sans motivation exacerbée et des compétences accrues, c'est tout simplement impossible à diagnostiquer !
Merci Aurélien pour la technique des calques, je n'y avais jamais pensé, pourtant c'est TOP, je testerai cette technique prochainement :super:
Merci à toi pour ton retour, ça fait plaisir! Effectivement, ça demande un poil de tenacité pour comprendre ce sac de noeuds. Surtout que les bootlegs ne soulèvent généralement pas l'enthousiasme des foules.

Si tu aimes la technique des calques, juste pour toi, voilà la tête du machin quand j'ai fini la réparation (sans vouloir spoiler ce qui arrive :))

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dadou
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par dadou »

Super réparation, félicitation. Vraiment passionnant :) .

Cela me fais penser que je vais bientôt recevoir un New Zero Team avec un problème de son que je vais devoir réparer ^^, je sais a qui demander maintenant ::d
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par Bouz »

dadou a écrit : mar. 24 mai 2022 21:35 Super réparation, félicitation. Vraiment passionnant :) .

Cela me fais penser que je vais bientôt recevoir un New Zero Team avec un problème de son que je vais devoir réparer ^^, je sais a qui demander maintenant ::d
Merci! Eh ben justement, j'ai un New Zero Team dans les tiroirs aussi avec de bons gros problèmes graphiques. J'ai l'impression que c'est une édition spéciale à 4 joueurs (ou 3, j'ai oublié), et elle n'est pas émulée, donc je n'ai pas de ROMs de référence pour la réparer. Ca promet!
Jeubin a écrit : mar. 24 mai 2022 21:56 Hello,

Pas tout compris car c'est très technique, mais ça reste très bien expliqué et illustré, on sent la passion et l'envie de partager dans ton post, et pour tout ça un grand merci :super:
Merci, ça va être plus compliqué avec ce qui suit, on s'accroche ;).
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par Bouz »

On va maintenant s'attaquer au problème de couleur, parce qu'on a acheté un Pang, pas un Virtual Boy.

Le production du signal analogique provient d'un système de DAC vidéo (Digital to Analog Converter, ou Convertisseur Numérique Analogique), qui est très très très souvent basé sur le même principe.
En gros, on va avoir des signaux numériques des couleurs, qui arrivent sous forme de bits sur des bascules, ou latch, qui vont les garder en mémoire le temps d'afficher un pixel.
Ces bascules sont connectées sur des échelles de résistances. En gros, on prélève le signal de sortie en haut de l'échelle, et chaque broche du latch se connecte sur un barreau avec une résistance différente. Plus la résistance est faible, plus la valeur de la broche aura d'importance à la sortie. Et plus on aura de broches raccordées, plus on aura de combinaisons de valeurs pour le signal de sortie.
On voit ici 2 puces de bascules, et 3 barres de résistances noires, une par composante (rouge, vert, bleu).

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Les différentes valeurs de couleurs sont stockées dans des palettes. Pour un pixel que l'on désire afficher à l'écran, on va sélectionner une palette, et un indice de couleur dans la palette.
Physiquement, on va utiliser de la RAM de palette. Le poids fort des lignes d'adresse de la RAM est utilisé pour sélectionner une palette, et le poids faible pour choisir une couleur. Les lignes de données de la RAM vont correspondre aux valeurs des bits des différentes composantes (rouge, vert, bleu).
La machine pourra alors écrire dans les données de palette (en écrivant en RAM, à l'initiative du processeur) ou lire dedans les informations de couleur du pixel en cours (à l'initiative du circuit de rendu) en "basculant" la valeur du bus de données de la RAM sur les résistances du DAC (via les bascules, donc).
Les Palette RAMs vont souvent par paire, et se retrouvent pas loin du DAC. Elles vont par paire, parce qu'avec seulement 8 bits de données pour 3 composantes de couleurs, ça ne ferait pas beaucoup de couleurs différentes possibles (16 couleurs affichables parmi une palette de 256 couleurs). En en mettant deux, on peut atteindre une palette de 65536 couleurs. Ici, seulement 12 lignes de données sont raccordées au DAC, alors on n'aura "que" 4096 couleurs possibles.
Ce sont probablement ces deux-là...

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Je suis à présent les différentes traces pour tenter de retrouver les liens précis entre le DAC et les RAMs de palette.
Je démarre depuis le connecteur JAMMA pour déterminer la barrette de résistances correspondant à chaque composante.
Ensuite, je retrace les différentes entrées des bascules du DAC vers leur ligne de données de RAM palette d'origine, en essayant de conserver la trace de la composante correspondante.
Ca fait un beau plat de spaghetti.
Il en ressort plusieurs choses:
- La RAM du haut ne gère que le rouge
- 4 bits de la RAM du haut ne sont pas utilisés
- On a 4 bits pour le rouge (donc 16 nuances possibles)
- On a 5 bits pour le vert (donc 32 nuances possibles)
- On a 3 bits seulement pour le bleu (donc 8 nuances possibles)
Soit je me suis loupé quelque part et on a 4 bits pour chaque composante, soit un choix déséquilibré, favorisant les nuances de vert, a été fait. On observe souvent ce choix sur des DAC 16 bits, avec une répartition 5:6:5. Ici, je m'attendais à 4:4:4 et non à 4:5:3, mais pourquoi pas.
La raison de privilégier le vert est que l'oeil humain est plus sensible aux nuances de vert qu'aux nuances des autres composantes. On a donc une meilleure impression de variété en ayant plus de bits pour le vert.

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Je fais à présent un sondage à l'oscilloscope d'une broche de rouge...

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J'obtiens une série de pics à +5V, qui ne veulent rien dire à eux seuls parce qu'il faudrait avoir les valeurs des 3 autres bits de rouge pour se faire une idée de la couleur affichée, mais ça donne quand même une idée du signal que l'on peut attendre.

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Je fais un sondage sur une broche de vert...

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Et j'obtiens... Un signal majoritairement à +5V avec des pics à 0V! Sachant que le rouge s'affiche correctement, je me dis que le signal n'est pas tel qu'il devrait l'être!

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Ici, plusieurs possibilités:
- Les bascule de DAC sont mortes, mais ça n'expliquerait pas ce que je viens d'observer
- Les RAM sont mortes, mais une RAM, ça s'écrit avant de se lire. Et pour ce que j'ai pu en juger en sondant ces mêmes broches avec un trigger de l'oscillo sur les broches d'écriture, les données ont bien cette même sale tête quand elles arrivent sur la RAM
- Le circuit qui se pose sur le bus entre le CPU et la RAM de palette a un souci...

Je choisis la possibilité 3, et je recommence à suivre des pistes depuis les lignes de données des puces de RAM.
Ici, je ne dessine pas tout parce que ça prend du temps, mais j'arrive à voir que les 2 buffers bi-directionnels situés en-dessous des puces de RAM y sont raccordés.
Etant donné que j'ai mis des couleurs sur mes lignes, je parviens rapidement à en déduire que le buffer du haut est raccordé aux lignes de couleurs bleu et vert, et que celui du bas correspond aux valeurs de rouge.
Le fait que ces buffers, ou "portails"(?) soient bi-directionnels permet au processeur à la fois d'écrire dans les RAMs de palette, mais aussi d'y lire (ce qui n'est pas forcément utile, a priori, mais qui peut le plus peut le moins).

Bon, ça ne sent pas bon pour le buffer du haut, du coup (ou alors, c'est la faute du CPU, mais il y aurait d'autres signes, comme par exemple le fait qu'absolument rien ne fonctionne).

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Je dessoude donc le buffer, et je découvre lacharmante rivière de jus de je ne sais quoi qui passait dessous...

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Je place la puce dans mon programmeur à tout faire (et à tout tester)...

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Et boom, la puce échoue aux tests.
Petite digression sur le système de test, au passage... On voit une série de lignes numérotées. Pour chaque ligne, on a des valeurs affectées aux différentes broches de la puce, et des valeurs attendues.
Le programmeur parcourt les lignes une à une en affectant les valeurs sur les broches et en vérifiant que les sorties prennent les valeurs attendues. Ce système permet à la fois de tester des puces sans mémoire, comme les portes logiques, et les puces de type bascule (puces synchrones) en utilisant le fait que les lignes se suivent et qu'une ligne permet de préparer l'état de la suivante.
Bref, ça ne marche pas.

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Ca tombe bien, c'est une puce qui tombe en panne, et j'en ai commandé plein sur eBay (parce que je me suis trompé et j'ai commandé plusieurs fois les mêmes à plusieurs semaines d'intervalle, mais le temps que ça arrive...).

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Ca marche mieux avec une puce neuve.

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En plus de la crasse, je nettoie bien tous les trous pour pouvoir poser un support. C'est casse-pieds, mais moins que d'essayer de rentrer des broches molles en force dans des trous trop petits.

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Plus qu'à poser un support...

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Mettre en place le buffer tout neuf... (mais qui a potentiellement 30 ans quand même)

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Et bim, on retrouve nos couleurs!!!

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Bon, par contre, il y a encore des barres verticales pas belles, mais ça, c'est pour demain ;).
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cazeysan
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par cazeysan »

Cool !
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ArcAdiA
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Re: Réparation d'un PCB bootleg de Pang - Le roman photo

Message par ArcAdiA »

Excellent. Ça progresse bien. On dirait que c'est facile avec toi🤣
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