Продолжаем знакомство с историей развития игровой приставки "PlayStation" фирмы Sony. В комплект поставки "PS one", кроме системного блока (консоли), входят джойстик DUAL SHOCK, выносной сетевой адаптер и кабель для подключения к телевизору. Демонстрационный CD отсутствует. Кабель и джойстики всех моделей "PlayStation" унифицированы. Схемы находящейся в системном блоке процессорной платы и сетевого адаптера рассмотрены ниже.

Это не официальные документы изготовителя ИВП, они — результат анализа печатных плат нескольких экземпляров приставки. Позиционные обозначения большинства элементов даны в соответствии с маркировкой на платах. К сожалению, установленные на процессорной плате чип-резисторы и керамические чип-конденсаторы не маркированы. Поэтому номера в их позиционных обозначениях "фирменным" не соответствуют. Номинальная мощность чип-резисторов определена по их типоразмерам: 1206 — 0,25 Вт; 0805 — 0,125 Вт; 0603 и 0402 — 0,063 Вт.

Процессорная плата

Полная схема этой главной составной части видеоприставки условно разбита на несколько. Рис. 1 содержит узлы вычислительной системы ИВП, в основе которой 208-выводная СБИС 1C 103 CXD8606CQ. Кроме 32-разрядного процессорного RISC-ядра, совместимого с R3000A фирмы MIPS, она содержит память программ (4 Кбайт), память данных (1 Кбайт), блок регистров общего назначения, графический ускоритель GTE (Graphic Transfer Engine), контроллеры прямого доступа к памяти, прерываний, внешнего динамического ОЗУ и кэш-памяти, три 16-разрядных счетчика-таймера, два последовательных порта ввода-вывода, JPEG-декодер. Процессор тактирован сигналом CLK. На вывод 76 ЦП через цепь R25C115 поступает сигнал RES, устанавливающий систему в начальное состояние. Включенные последовательно в цепи некоторых выводов СБИС низкоомные резисторы служат для устранения "звона" на перепадах импульсов.

Высокоскоростной 32-разрядной шиной данных CDO—CD31 и шиной адреса САО—СА9 ЦП связан с динамическим ОЗУ IC106 K4Q153212M-JC60 объемом 2 Мбайт. Ранее эту микросхему выпускали под названием KM432V515. Восьмиразрядное масочное ПЗУ IC102 M53403IE-47 — заказное. Последние две цифры (47) названия - номер версии "прошивки" ПЗУ. В официальной спецификации параметров "PS one" фигурирует его объем 512 Кбайт.

Однако 20-разрядная шина адреса АО—А19 позволяет обращаться к вдвое большему числу ячеек. Микросхемы ПЗУ, установленные в разных 32-разрядных моделях "PlayStation", взаимозаменяемы. Этим обстоятельством пользуются при ремонте. Разъемы CN101.1.CN101.2, CN102.1, CN102.2 предназначены для подключения к ИВП джойстиков и карт памяти. Все их входные и выходные цепи защищены от помех и повреждений фильтрами FB117—FB123, стабилитронами и их сборками D101, D103, D104, а также RC-цепями.

Штриховыми линиями на рис. 1 изображена микросхема IC801 PIC12C508A. Это так называемый "mod-chip" - микроконтроллер, запрограммированный таким образом, что обеспечивает запуск игровых CD как фирменного (с темно-фиолетовой поверхностью), так и нефирменного (с серебристой поверхностью) производства разной региональной принадлежности. Место на печатной плате этой микросхеме не предусмотрено, она бывает подключена навесными проводами. В качестве IC801 применяют микроконтроллеры самых разных серий (PIC, AT90S, Z86), зачастую со стертыми названиями и обрезанными “лишними” выводами. Однако те, что предназначены для прежних вариантов "PlayStation", к "PS one" не подходят.

Переходим к рис. 2. Показанный здесь 208-выводный графический процессор IC203 CXD8561CQ по функциональным возможностям эквивалентен SD-ускорителям, применяемым в видеокартах IBM PC. Он отвечает за рисование на экране полигонов, вращение и масштабирование спрайтов, закрашивание контуров по алгоритму Гуро. Каждую секунду процессор способен обработать до 360 тысяч полигонов. Общее быстродействие — 66 млн операций в секунду. Разрешающая способность от 256x256 до 640x512 пикселов в телевизионном стандарте PAL или от 256x240 до 640x480 пикселов в стандарте NTSC. Большое число линий связывает графический процессор с ЦП — микросхемой IC103 (см. рис. 1).

Совместно с контроллером IC203 работает видео-ОЗУ IC201 K4G163222A-PC70 — динамическое синхронное, емкостью 16 Мбит. Увеличенная в два раза по сравнению с установленными в прежних моделях информационная емкость микросхемы видео-ОЗУ дала повод говорить об улучшенной графике "PS one". Однако это не так. Из 11 адресных входов АО— А10 микросхемы использованы только десять, вход А8 соединен с общим проводом. Поэтому активны, как и прежде, лишь 8 Мбит видеопамяти.

При подозрении на неисправность видео-ОЗУ (на изображении видны лишние точки или линии) можно попытаться перейти на "запасную" половину микросхемы IC201, отключив ее вывод 30 от общего провода и соединив его с одним из выводов питания микросхемы. С выходов графического процессора IC203 цифровые восьмиразрядные видеосигналы основных цветов поступают на входы RDO—RD7 (красный), GDO— GD7 (зеленый) и BDO—BD7 (синий) микросхемы IC502 CXA2106R, заменившей две, применявшиеся в ранних моделях ИВП: видеоЦАП и преобразователь сигналов RGB в полный телевизионный сигнал стандартов PAL или NTSC.

Иногда в качестве IC502 установлена микросхема BH7240AKV. Совпадая с CXA2106R по основным характеристикам и назначению большинства выводов, она требует несколько дополнительных элементов, показанных на рис. 2 штриховыми линиями. Места на плате для них предусмотрены.

Выведенные на выходной разъем CN502 цепи видеосигналов снабжены согласующими резисторами, защитными стабилитронами и помехоподавляющими фильтрами. Напряжение + 4,9В, поступающее на тот же разъем через узел токовой защиты на транзисторной сборке 0505, предназначено для питания телевизионного ВЧ модулятора. Максимальный ток нагрузки — 85 мА, остаточный ток после срабатывания защиты не превышает 5 мА. Обратите внимание, изменилась по сравнению с прежними моделями "PlayStation" нумерация контактов разъема CN502, хотя их взаимное расположение и назначение остались прежними.

Программируемый генератор тактовых сигналов IC204 CY2081SL-509 — заказной. Соотношения между значениями частоты его выходных сигналов и кварцевого резонатора Х201 определяют константы, записанные заводом-изготовителем микросхемы в ее "одноразовое" внутреннее ПЗУ Индекс 509 в обозначении генератора — номер заказа, в соответствии с которым он запрограммирован. Частоты сигналов указаны на рис. 2.

Часть схемы приставки "PS one", изображенная на рис. 3, включает системы обработки аудио и управляющих данных и интерфейс CD-ROM. По сравнению с прежними моделями, система обработки цифровых данных "PS one" значительно упрощена, в ней остались только две микросхемы — контроллер IC304 SC430943PB и 16-разрядное динамическое аудиоОЗУ IC310 M11B416256A-35J емкостью 512 Кбайт. Однако выполняемых функций меньше не стало. Ларчик открывается просто — декодер данных CD, буферное статическое ОЗУ емкостью 256 Кбит, распаковщик данных MPEG-1, звуковые процессор и ЦАП вошли в состав 208-выводной СБИС IC732 CXD2938Q, формально относящейся к системе интерфейса CD-ROM. СБИС работает под управлением ЦП IC103, с которым связана множеством линий.

Сформированный СБИС IC732 стереосигнал звука поступает на двухканальный усилитель IC405 NJM2174, а с его выходов через фильтры — на соответствующие контакты разъема CN502. Усилитель работает только при определенной комбинации логических уровней его на управляющих входах (вывод 4 — высокий, вывод 5 — низкий). Это свойство использовано для предотвращения воспроизведения искаженных сигналов и помех во время установки узлов ИВП в исходное состояние и пуска программ. Иногда усилитель NJM2174 заменяют функциональными аналогами с дополнительными электронными ключами для блокировки выходов.

В NJM2174 таких ключей нет, их выводы (2 и 13) не задействованы, однако идущие к ним печатные проводники (показаны штриховыми линиями) на плате имеются всегда. К разъемам CN701 и CN702 подключают привод CD-ROM KSM-440BAM, электрически совместимый с использовавшимся в прежних моделях "PlayStation" ([2], рис. 22), но с соединительным шлейфом другой длины и конфигурации. Полупроводниковый лазер оптической головки привода включен в коллекторную цепь транзистора Q701 2SB1132. Ток лазера регулируют подстроечным резистором, находящимся в приводе. Косвенно этот ток можно оценить по падению напряжения на резисторах R52, R53 (0,66...0,88В соответствуют 60...80 мА).

Сигналы фотоприемников оптической головки поступают на входы микросхемы IC723 CXA2575N, выполняющей функции их усиления, частотной коррекции и предварительной обработки. Дальнейшая обработка происходит уже внутри СБИС IC732. Она же формирует сигналы управления электродвигателями и электромагнитами привода CD-ROM, поступающие на соответствующие узлы через усилители мощности микросхемы IC722 BA5977FR Ее аналоги — BA5947FP, AN8732SB. Установленные в ранних моделях "PlayStation" микросхемы BA6392FP, BA6397FP, BA6398FP отличаются от BA5977FP назначением выводов.

Кнопка SB301 механически связана с замком отсека, в который устанавливают игровой диск. Когда он открыт, контакты разомкнуты.

Системный блок "PS one" питают постоянным напряжением 7,5В от выносного сетевого блока питания — сетевого адаптера, схема которого будет рассмотрена в следующем разделе. На процессорной плате из этого напряжения получают все другие, необходимые для работы ее узлов. Схема цепей питания процессорной платы приведена на рис.4.

Напряжение 7,5В поступает с разъема J001 через плавкую вставку PS600, фильтр FB001 и кнопочный выключатель S001. От случайной подачи на разъем 1001 слишком большого или неправильной полярности напряжения процессорную плату защищает стабилитрон D004. Протекающий в этих случаях через открывшийся стабилитрон очень большой ток приводит к перегоранию плавкой вставки PS600 или срабатыванию защиты сетевого адаптера.

Через плавкие вставки PS004, PS601 —PS603 входное питающее напряжение распределяют между несколькими группами потребителей. Напряжения в цепях U1, U2 (3,6 В) и U3, U4 (5 В) стабилизировано линейными интегральными стабилизаторами соответственно IC602 LP2985AIM5-3.5 и IC601 MC78M05CDT, причем выходное напряжение второго (5 В) служит входным для первого.

В цепи U5 и U6 подают напряжение 7,5В без дополнительной стабилизации. Напряжение 3,5В в цепи U7—U9 поступает от импульсного стабилизатора, основные элементы которого - ключевой транзистор Q602 ВСХ52, демпфирующий диод D601, накопительный дроссель L603 и широтно-импульсный (ШИ) контроллер IC607 TL594CPW. Он аналогичен известному TL494 (КР1114ЕУ4), краткое описание и принцип действия которого можно найти, например, в [3]. Иногда вместо IC607 на специально предусмотренное на плате место устанавливают микросхему IC606 TL594CD, отличающуюся только конструкцией корпуса. Резистор R16 служит датчиком тока нагрузки стабилизатора.

Во всех цепях питания предусмотрены LC-фильтры, сглаживающие оксидные и блокировочные керамические конденсаторы. Всего по поверхности печатной платы довольно равномерно распределено более сотни таких конденсаторов. Светодиод D003 служит индикатором включения ИВП. Он светится при наличии напряжений 7,5В после плавкой вставки PS603 и 3,5 В на выходе импульсного стабилизатора.

Одно из отличий "PS one" от предыдущих моделей — отсутствие специальной кнопки RESET для установки системы в исходное состояние. Сигнал начальной установки RES формируется автоматически при каждом включении приставки выключателем S001 или после аварийного кратковременного снижения и восстановления до номинального значения питающего напряжения 7,5 В.

После включения питания одновибратор IC003 формирует на выводе 1 импульс низкого уровня, длительность которого (0,2...0,3 с) зависит от номинала конденсатора С4. Усилитель на транзисторах сборки Q004 доводит до необходимого уровня мощность импульса, который через фильтр FB601C18 поступает на входы начальной установки микросхем процессорной платы.

При уменьшении входного питающего напряжения ниже 6В закрывается стабилитрон D002, а транзистор Q002 открывается, шунтируя цепь R3C3. Одновибратор IC003 воспринимает резкое снижение напряжения на своем выводе 2 как выключение питания, а после восстановления в цепи 7,5В номинального напряжения и закрывания транзистора Q002 генерирует импульс начальной установки.

В некоторых экземплярах процессорной платы формирователем сигнала RES служит микросхема Q002, для которой предусмотрено место. В этом случае микросхему IC003 и некоторые другие связанные с ней элементы не устанавливают.

Сетевой адаптер

Выносной блок питания ИВП "PS one", обычно называемый сетевым адаптером, непривычно легок (180 г) и тонок. Его размеры 57x88x30 мм. В нем нет привычного понижающего трансформатора на частоту 50 Гц, так как применен высокочастотный преобразователь напряжения с КПД 70...78%. Номинальное выходное напряжение — 7,5 В ( фактически — 7,7 В, очевидно, для компенсации падения напряжения на сопротивлении проводов соединительного шнура длиной 1,8 м). Напряжение изменяется всего на 0,3% при токе нагрузки до 2А, а при 2,8 А срабатывает защита от перегрузки. Размах пульсаций — 20...60 мВ. Учтите, что адаптеры японских и американских моделей "PS one" не подходят для использования в странах СНГ, так как рассчитаны на другое сетевое напряжение.

Схема адаптера SCPH-11.4, изготовленного в Китае по лицензии фирмы SCEI, приведена на рис. 5. Обратите внимание, многие элементы схемы (резисторы и конденсаторы) составлены из нескольких, соединенных последовательно или параллельно. В одних случаях это сделано, чтобы не превышать допустимые значения мощности или напряжения, в других — для точной установки необходимого сопротивления. Позиционные обозначения элементов в каждой из таких групп различаются буквенными индексами, имея одинаковые порядковые номера. В ссылках на группы элементов по тексту индексы, как правило, опущены.

Так как выключатель в адаптере отсутствует, последний работает все время, пока встроенная вилка CN001 вставлена в сетевую розетку, причем допускается продолжительное отсутствие нагрузки. Входная цепь защищена от перегрузки плавкой вставкой F1 и от помех LC-фильтром CX1FL1. Нетрадиционные позиционные обозначения даны конденсаторам СХ1 и CY1, чтобы подчеркнуть их особую конструкцию. Такие конденсаторы специально предназначены для подавления импульсных и высокочастотных помех. Резистор R1 выравнивает потенциалы проводов сети и общего провода ИВП, предотвращая накопление статического заряда.

Выпрямленным диодным мостом D1 A—D1D и сглаженным конденсатором С1 напряжением питают однотактный обратноходовый инвертор на полевом транзисторе Q1 и трансформаторе Т1. Цепь D2R2R3C2 —демпфирующая. Напряжение с обмотки III трансформатора, выпрямленное сборкой диодов Шоттки CR51, поступает на выход адаптера (разъем CN002). Цепь R51C51 подавляет выбросы обратного напряжения на диодах. Конденсатор С52 и фильтр L51C53 сглаживают пульсации.

Выходное напряжение адаптера стабилизировано широтно-импульсным методом. Управляющие импульсы амплитудой 10... 11В и частотой 60 кГц поступают на затвор транзистора Q1 с выхода ШИ-контроллера IC1. Их скважность зависит от коллекторного тока фототранзистора оптрона IC2, включенного в цепь вывода 2 ШИ-контроллера. Ток зависит от освещенности, создаваемой излучающим диодом оптрона, включенным в выходную цепь усилителя сигнала ошибки на транзисторе Q51. Сигналом ошибки служит разность части выходного напряжения адаптера, снимаемой с резистивного делителя R53R54, и образцового, снимаемого со стабилитрона ZD51. Таким образом, замыкается цепь стабилизирующей обратной связи.

Установленный в адаптере ШИ-контроллер — аналог микросхемы NCP1200 фирмы "ON Semiconductor". Он изготовлен по технологии, позволяющей разместить на одном кристалле цепи как низкого, так и высокого (до 450 В) напряжения. Пульсирующее с частотой 50 Гц однополярное напряжение амплитудой 300В поступает на вывод 8 IC1 через диод D1. Внутри микросхемы (между выводами 8 и 6) имеется своеобразный "гасящий резистор" — коммутируемый с частотой приблизительно 50 кГц источник тока 2. ..4 мА на полевом транзисторе. Этот ток заряжает подключенный к выводу 6 конденсатор СЗ до напряжения приблизительно 11В, которым и питаются низковольтные узлы микросхемы. Напряжение удерживается в допустимых пределах при изменении входного переменного в интервале 100...380 В. Рассеиваемая "резистором" мощность не превышает 0,25 Вт.

Диод D1 — низковольтный. При нормальной работе приложенное к нему обратное напряжение не превышает 0,7В — падения напряжения на одном из диодов моста D1A—D1D. Однако не синхронность коммутации внутреннего источника тока с питающей сетью иногда приводит к кратковременному недопустимому увеличению напряжения на диоде. Это явление устраняет резистор R15.

На вход 3 ШИ-контроллера IC1 поступает сигнал датчика тока — резистора R8 в цепи истока транзистора Q1. При работе адаптера без нагрузки ШИ-контроллер переходит в режим с уменьшенной частотой повторения импульсов, облегчая режим транзистора Q1 и уменьшая потребляемую от сети мощность. При перегрузке по току генерация становится прерывистой. Короткие пачки управляющих импульсов повторяются каждые 0,7с.

Транзисторы 02 и Q3 соединены по схеме аналога тиристора. Пока напряжение на выходе вспомогательного выпрямителя (обмотка II трансформатора Т1, диод D4 и конденсатор С4) меньше напряжения стабилизации стабилитрона ZD2, оба транзистора закрыты. В случае повышения сетевого напряжения на 40...50 % пропорционально увеличивается напряжение на конденсаторе С4 и стабилитрон ZD2 открывается. Ток, текущий через резистор R10, открывает "тиристор" Q2Q3, который шунтирует цепь вывода 2 ШИ-контроллера IC1, запрещая работу последнего и адаптера в целом. Автоматического возврата в рабочий режим в данном случае нет. Вилку CN001 необходимо вынуть из розетки и вновь в нее вставить.

Терморезистор NTC1 — элемент безопасности. При перегреве адаптера его сопротивление уменьшается, что должно привести к открыванию "тиристора" Q2Q3 и блокировке ШИ-контроллера IC1. Но на практике защита не срабатывает, даже если замкнуть выводы терморезистора. Виной тому слишком большой номинал резистора R14, который следовало бы уменьшить до 10 кОм.

С. Рюмик

Литература:

1. Рюмик С. "PlayStation": История развития. — Радио, 2002, № 11, с. 21— 23.

2. Рюмик С. "Sony PlayStation" или особенности схемотехники 32-битных видеоприставок. — Радио, 1999, № 7, с. 26—28.

3. Александров Р. Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. — Радио, 2002, № 6, с. 22—24.

Материал подготовил Ю. Замятин (UA9XPJ).