Korektor video BVT-800PS. Uruchomienie SECAMa.

[atom1477]

To kontynuacja prac związanych z ratowaniem starych nagrań, rozpoczęta przez tego pana tutaj:
https://forum-trioda.pl/viewtopic.php?t=41936
Tym razem do przerobienia jest sprzęt BVT-800PS.
O taki:
https://www.next-archive.com/product/so ... 00ps-810p/
https://archive.org/details/manual_BVT800PS_SONY
Od razu warto wspomnieć że ten sprzęt fabrycznie już obsługuje SECAMa. Jednak przełączanie pomiędzy PALem a SECAMem realizowane jest poprzez wymianę jednej z płytek wewnętrznych, a tej do SECAMa oczywiście nie idzie zdobyć (SG-68). Jest tylko ta dla PALa (SG-67).
Dokumentacja jest bardzo precyzyjna (są schematy blokowe, schematy ideowe i wzory PCB). Jednak i tak nie zawiera wszystkiego. Są tam używane układy scalone oraz filtry do których nie ma dobrej albo nawet jakiejkolwiek dokumentacji. A jak się spojrzy na schemat ideowy płytki PAL (SG-67) to nie wiadomo za co się złapać. Składa się z aż 125 układów scalonych, w tym na przykład z aż 12 mixerów zbalansowanych (układów MC1496G).
Wszystko przez to że ten sprzęt robi o wiele więcej niż magnetowid. Magnetowidy chyba dowolnego systemu zapisu, nigdy nie dekodują sygnału kolorów. Robią jedynie downconverting, a przy odczycie upconverting (przemianę częstotliwości w dół albo w górę). Ten sprzęt dodatkowo dekoduje kolory, a na wyjściu moduluje te kolory od zera używając bardzo rozbudowanych i synchronizowanych modulatorów.

Miałem tu wstawić schematy blokowe oraz ideowe, oraz opisać co z jednego schematu odpowiada drugiemu, ale ostatecznie doszedłem do wniosku że nie ma to sensu. Są zbyt skomplikowane (3 karki A2, a na komputerze rozdzielczość 12 000 x 2 000 pixeli żeby były czytelne). No i jeszcze nie są gotowe
Póki co wstawiam więc wersje robocze (osobno każda część schematu).
PAL:

SG-67_PAL_1.jpg

SG-67_PAL_2.jpg

SG-67_PAL_3.jpg

SECAM:

SG-68_SECAM_1.jpg

SG-68_SECAM_2.jpg

SG-68_SECAM_3.jpg

Okazuje się że nie da się dać aż tak dużo załączników, więc muszę w tym momencie podzielić posta.

[atom1477]

Jednym w celów przeróbki jest jak najmniejsza ingerencja w ten sprzęt, bo po trochu robi się on zabytkowy. Więc w grę wchodziło odtworzenie brakującej płytki SG-68, albo jak najmniej inwazyjna przeróbka płytki SG-67. Pierwsza opcja odpadła, ze względu na dużą ilość specjalizowanych układów scalonych. Opcja druga wymaga natomiast dokładnego przeanalizowania schematów, ale mimo wszystko okazała się prostsza.
Okazało się że wiele brakujących bloków (nawet część analogowych) da się zastąpić układem FPGA. To duża zaleta, bo pozwala zaprojektować przeróbki (i płytkę) bez szczegółowego planu. Trzeba jedynie rozplanować co na starej płytce SG-67 wymaga przeróbki. Kod na FPGA można pisać później, mając już zmontowany sprzęt.

No to po kolei. Przeróbka jest tak skomplikowana że aż legendę trzeba żeby się w tym połapać:
Bloki identyczne w obu wersjach (PAL i SECAM). Pozostają na płytce w postaci niezmienionej. Kolorowanie:

Identico.png

Bloki które na płytce PAL są zupełnie inne niż na SECAM. Na płytce PAL jest to zaznaczone jako objęcie pętlą i przekreślenie:

Different.png

Na płytce SECAM nie ma tych bloków. Są za to inne które trzeba odtworzyć. A więc są tam pozostawione niezaznaczone (w tym przykładzie chodzi tylko o IC9J):

New.png

Sygnały które trzeba pobrać z płytki PAL. Strzałka wychodząca:

Signal_out.png

Sygnały które po obróbce (odpowiedniej dla SECAM) trzeba zwrócić na płytkę PAL. Od razu zaznaczę że chodzi o bezpośrednie "wstrzykiwanie" nowego sygnału, nie wymagające przecinania ścieżek lub wylutowywania elementów. Trójkącik wskazujący miejsce wstrzykiwania sygnału:

Signal_in.png

Są też miejsca gdzie trzeba zmodyfikować sygnał, ale nie da się tego zrobić bez przecinania ścieżek. Trzeba przeciąć, a sygnał zarówno pobrać jak i później zwrócić. Krzyżyk:

Cut.png

Są też miejsca gdzie jakiś układ scalony jest inaczej podłączony, i przeróbka wymagałaby przecinania zbyt wielu ścieżek. Prościej wylutować układ i odtworzyć go (w dwóch wersjach: PAL i SECAM) na zewnątrz. Sygnały pobrać a potem zwrócić. Strzałka do góry:

Wylut.png

W kolejnych częściach będą już opisywane konkretne przeróbki.

[atom1477]

No to zacznę od najprostszego.
Generator sygnału BLK (wygaszania) oraz sygnałów pomocniczych. Na płytce PAL generuje on jedynie sygnał BLK (oraz BLK zanegowany):

Z kolei płytka SECAM wymaga innego sposobu generacji, oraz wytworzenia jeszcze kilku innych sygnałów na potrzeby wewnętrzne. I właśnie dlatego najprościej jest ten blok po prostu odtworzyć od nowa. Stary pozostanie na płytce, gdyż układ nadal ma mieć opcję pracy w systemie PAL.
Trzeba jednak jakoś odtworzyć brakujące sygnały i zwrócić je do płytki SG-67.
Brakuje sporo:

BLK_SECAM.jpg

Na szczęście wszystkie potrzebne sygnały generowane są jedynie z dwóch wejściowych sygnałów: HD OUT i VD OUT z układu IC 10Q.
Odtworzenie na FPGA jest dość proste, nawet w przypadku układ 74LS221. Ich bowiem nie musimy odtwarzać wprost.
Zgodnie z dokumentacją BVT-800PS, stroi się je na konkretne opóźnienie czasowe, a nie na najlepszy obraz czy jakiś inny parametr.
Można więc precyzyjnie odtworzyć wymagane opóźnienia w FPGA, unikając przy okazji konieczności strojenia układu po zmontowaniu.
Tak wygląda główna część kodu który to realizuje (wnętrze komponentów jest w osobnych plikach, opublikuję je po zakończeniu przeróbki):

Kod BLK.7z

Kod pisany w ciemno, bo jeszcze nie mamy przygotowanej fizycznej przeróbki żeby go przetestować. Więc jeszcze ulegnie poprawkom.
Na koniec musimy tylko wpuścić ten sygnał z powrotem na płytkę SG-67. W tym celu niestety trzeba przeciąć ścieżkę:

BLK.png

Pobieramy też oryginalny sygnał BLK_PAL, bo przełącznik PAL/SECAM też będzie we wnętrzu układu FPGA. Zwracany będzie ten sygnał który aktualnie będzie potrzebny.

Na schemacie SG-68_SECAM_2.jpg mamy kolejne bloki do odtworzenia. O te (niepokolorowane):

SYNCHRO_2.jpg

Ale tu już nie ma co opisywać. Zasada odtworzenia jest taka sama jak dla sygnałów BLK.

[atom1477]

To cudo operuje na standardowych sygnałach telewizyjnych, czyli PAL 4.43 MHz i SECAM 4.xx MHz.
Posiada jednak wejście sygnału DUB prosto z kasety magnetowidu, i to jest preferowana metoda podawania sygnału przy odzyskiwaniu obrazu ze starych kaset. Taki sygnał ma kilkaset kHz, więc musi zostać skonwertowany do tych 4.xx MHz za pomocą przemiany częstotliwości.
Sama przemiana jest dość prosta bo użyto tutaj zbalansowanego miksera (mieszacza) MC1964G.
Jednak dla systemu PAL zastosowano bardzo skomplikowany tor generowania sygnału heterodyny. Tak to wygląda na schemacie blokowym:

PAL generator.png

Z kolei dla SECAMa jest tam tylko prosty i niczym niesynchronizowany generator:

SECAM generator.png

Oryginalnie ten generator zrobiony jest dość nietypowo, bo na bramkach ECL z komplementarnymi wyjściami:

ECL GEN.png

Taki układ dostarcza mieszaczowi symetryczny, ale jednak prostokątny sygnał. Skoro taki sygnał wystarczał, to to dla nas dobra wiadomość bo mamy mało do odtworzenia. Pasuje jednak nie psuć za bardzo oryginalnego układu, i skorzystać z tego co już jest na płytce.
Tak wygląda fragment schematu z mieszaczem na płytce PAL:

3K.png

Sygnał heterodyny jest wytwarzany w mieszaczu 3K, i stamtąd dopiero podawany na docelowy mieszacz sygnału PAL (1L, pokolorowany).
Okazuje się że sygnał podawany do mieszacza 3K jest całkiem "grubo ciosany". Jedno z wejść jest sterowane różnicowym sygnałem cyfrowym (po lewej). Drugie (po prawej) wprawdzie dostaje sygnał 900 kHz po filtrze LP200, ale ten sygnał po mieszaczu będzie bardzo poszatkowany. Dopiero
filtry CF201 i CF200 wytwarzają z tego ładny sinusoidalny sygnał 5.36 MHz.
Podobne filtry były w magnetowidzie BVU-820, i stąd wiem że przenoszą one całkiem szerokie pasmo. Także potrzebną nam częstotliwość heterodyny równą 5.24 MHz.
Mając te wszystkie informacje można sobie uprościć budowę generatora, bo wiadomo że można dostarczyć zwykły sygnał cyfrowy, nawet taki o sporym jitterze. Dlatego jako metodę odtworzenia sygnału wybrano unieruchomienie mieszacza 3K, oraz "wstrzyknięcie" sygnału cyfrowego do tego punktu:

INJECT.png

Mieszacz jest polaryzowany przez rezystor 4.7 k. Prąd tym rezystorem wpływa do układu, a nie wypływa.
Wewnątrz wygląda to tak:

BIAS.png

Metody unieruchomienia są dwie. Zewrzeć dolną stronę rezystora do szyny -12V, albo odłączyć rezystor od górnego źródła zasilania (masy lub niewiele wyższego potencjału). Druga metoda jest prostrza w realizacji, bo tranzystorem można łatwo sterować poziomami logicznymi 3.3 V z FPGA:

BIAS DISABLE.png

Teraz wystarczy dostarczać nowy sygnał na przykład w taki sposób:

INJECT 2.png

Wartość rezystora jeszcze do ustalenia. Tranzystor być może zostanie zastąpiony małym sygnałowym MOSFETem.
Sygnał będzie wytwarzany w FPGA za pomocą DCO (Digitally Controlled Oscillator), więc będzie mógł mieć bardzo dokładnie ustaloną częstotliwość (ograniczaną jedynie dokładnością generatora kwarcowego taktującego FPGA (tutaj będzie to 300 MHz)).
Kod realizujący taki generator jest bardzo prosty:

Kod: Zaznacz cały

    process(CLK_300MHz)
    begin
        if rising_edge(CLK_300MHz) then
	    PHASE_acc(23 downto 0) <= PHASE_acc(23 downto 0) + 293274;
	end if;
    end process;

    CLK_OUT_5_244_141 <= PHASE_acc(23);

To po prostu licznik (tutaj 24 bitowy) nazywany akumulatorem fazy.
Dodaje on (akumuluje) pewną liczbę (niekoniecznie stałą jak tutaj). Sygnał jest pobierany z najstarszego bitu, więc poprzednie młodsze bity można potraktować jako ułamkowe (czyli jako ułamkową fazę przebiegu).
Bit 23 oznacza podział przez 2^24 = 16777216;
Natomiast dodawana wartość równa 293274 to mnożnik (licznik zlicza 293274 razy szybciej, niż gdyby za każdym razem dodawał wartość 1).
Zatem generowana będzie częstotliwość 300 000 000 HZ * 293274 / 16777216 = 5244147.778 Hz, czyli całkiem blisko potrzebnych 5244144 Hz.
W tym sygnale będzie niewielki jitter równy okresowi przebiegu 300 MHz czyli 3.3 ns). Ale jest do wystarczająco mały jitter jak dla sygnału SECAM. Poza tym filtry CF201 i CF200 trochę go wyczyszczą.
Podobny generator DCO, tym razem strojony zmienną wartością mnożnika, będzie też użyty przy odtwarzaniu modulatorów FM ze schematu SG-68_SECAM_3.jpg.

[atom1477]

Postawiłem sobie założenie że dalsza publikacja będzie po przekroczeniu 200 odsłon. Ale powyżej 100 szło to bardzo opornie, aż do wczoraj. Czyżby jakieś boty nabiły wyświetlenia?
W każdym razie znowu potrzeba mały wstęp.
To urządzenie jest korektorem podstawy czasu. Nie koryguje balansu bieli, nie poprawia kolorów, nie odszumia sygnału, itp.
Koryguje "tylko"* podstawę czasu, czyli zapewnia równomierny bieg czasu w odtwarzanym sygnale. Pomięta kaseta odtwarza się nierównomiernie (momentami szybciej a momentami wolniej), albo brakuje niektórych impulsów synchronizacji, i to urządzenie ma to wyrównać/naprawić.
*"Tylko" to tak naprawdę całkiem sporo, bo dzięki temu pomięte kasety w ogóle dają się zarchiwizować (bo odtwarzane przez magnetowid to i tak są, tylko że sygnał wyjściowy jest na tyle kiepski że urządzenia zewnętrzne nie chcą się z nim zsynchronizować).

W największym skrócie, układ próbkuje ten niezbyt jednostajny sygnał wejściowy, zapisuje go do pamięci FIFO (o pojemności 32 linii), i jednocześnie go z tej pamięci odczytuje i podaje na wyjście. Oczywiście zapis i odczyt są synchronizowane z innych miejsc, tak żeby wyrównać nierówny bieg sygnału wejściowego. Można się domyślać ze zapisy są nieregularne, ale w takt przychodzącego nieregularnego sygnału. A odczyty już jednostajne bo synchronizowane nowo wygenerowanym prawidłowym przebiegiem zegarowym. Jak to jest dokładnie robione to już nie analizowałem, bo nie było to potrzebne do przeróbki. A szkoda było po prostu na to czasu.
I tu się chyba pojawiają problemy techniczne z lat '70...'80.
Problem jest jednak taki że zapis próbek analogowych jest dość trudny. Teoretycznie można by było do tego wykorzystać linijkę CCD, ale widocznie w tamtych czasach nie było to opłacalne. Wykorzystano więc zapis cyfrowy, a to wymusza konwersję sygnału ADC a potem DAC. Tu kolejny problem, pewnie też w powodu ograniczeń technologii. Próbkowanie zrobiono jako 1.36 MHz, pewnie z powodu kosztu szybszych przetworników ADC/DAC oraz ze względu na wymaganą dużą pojemność pamięci. Wymusiło to konieczność zmniejszania częstotliwości sygnałów PAL/SECAM z 4.4x MHz do tej niższej wartości.
Jednak dla sygnału SECAM zrobiono to inaczej niż dla PAL. PAL jest poddawany przemianie częstotliwości. Natomiast SECAM jest po prostu demodulowany. Stąd tory sygnału analogowego są na płytkach SG-67 i SG-68 zupełnie różne.
Jedyne co jest wspólne dla obu płytek to format sygnału wyjściowego, bo w obu przypadkach trafia on na ten sam przetwornik ADC. To ważna informacja pozwalająca odtworzyć brakujące bloki SECAM mimo braku niektórych oscylogramów w dokumentacji.

No to do rzeczy. Na schemacie blokowym dla PALa wygląda to całkiem prosto:

PAL_DECODE.png

W rzeczywistości jest to trochę bardziej skomplikowane, choćby sygnał heterodyny jest generowany w dość pokrętny sposób.

W przypadku obróbki SECAMa jest zupełnie inaczej. Niby jest to prosta demodulacja FM, ale schemat wydaje się skomplikowany i dlatego wymaga opisania:

SECAM_DECODE.png

Całość zaczyna się małym blokiem który nie ma swojego odpowiednika w wersji PAL: BELL FILTER.
Jest to obwód rezonansowy (o określonej a nie przypadkowej dobroci), dostrojony do częstotliwości 4.29 MHz.
Po co? Ciężko to było znaleźć, ale mam:
http://bbceng.info/additions/2020/ETD_i ... System.pdf

Korekcja SECAM.png

W skrócie, sygnał SECAM przy nadawaniu jest poddawany korekcji częstotliwościowej, i częstotliwość "środkowa" 4.29 MHz jest trochę tłumiona żeby zmniejszyć widoczność kropek na ekranie odbiorników czarno-białych.
Obwód BELL FILTER to po prostu obwód LC, który najmocniej przepuszcza sygnał 4.29 MHz, a więc zwiększa jego udział względem innych sygnałów. Czyli wyrównuje poziom w całym zakresie modulacji 3.9...4.75 MHz.
To jest jedyny bloczek który fizycznie trzeba odtworzyć. Trzeba go odtworzyć bo taki filtr wprowadza też pewne przesunięcia fazowe (różne dla różnych częstotliwości) co wymaga skorygowania aby poprawnie odtworzyć kolory.
Następnie mamy LIMITER. Niby standardowy blok przy dekodowaniu FM, ale tutaj jest zrealizowany dość nietypowo. Użyto bowiem bramek ECL. Wybrano je pewnie z powodu ich niskiego wymaganego napięcia wejściowego (do wykrycia zmiany stanu z L na H przy pracy "analogowej" wystarczy tylko z 0.2 V). Bramki ECL mają napięcie pracy typowo 0.8 V. Ale w praktyce są to wzmacniacze różnicowe o wspólnej bazie, i mimo małego wzmocnienia do zmiany stanu na wyjściu bramki o 0.8 V wystarcza o wiele mniejsza zmiana napięcia wejściowego.
Czy ten bloczek musimy odtwarzać fizycznie? Na szczęście nie. Współczesne układy FPGA posiadają bowiem bardzo mocno konfigurowalne piny IO. (Czekam aż mikrokontrolery będą miały to samo, i się coś nie mogę doczekać.)
Jedną z opcji do wyboru są wejścia LVDS.
Napięcia wyjściowe to typowo różnicowe 250 mV, ale odbiorniki mają próg czułości rzędu 50 mV albo mniej.
Dobrze by było też wiedzieć jaki zakres napięć wspólnych akceptują takie odbiorniki. Zwykle to napięcie wspólne ma wynosić około 1.2 V, ale nam chodzi o akceptowalny zakres.
Okazuje się że wszystkie rodziny układów (przynajmniej tego producenta) mają całkiem szeroki zakres:

LVDS.png

Zatem odtworzenie tych 2 bloczków (BELL FILTER i LIMITER) będzie całkiem proste:

BELL_FILTER_LIMITER_FPGA.png

Trochę bardziej skomplikowane niż mogło by być, ale to z powodów które opiszę później.
Całość to praktycznie kopia oryginalnego układu, z tą różnicą że sygnał trafia na ogranicznik napięć na diodzie BAT84 + LED oraz na polaryzator napięcia wspólnego z rezystorów R24/R25 dający około 1.2 V (aby zmieścić się w zakresie akceptowalnym przez FPGA, czyli żeby nie przekroczyć 2.4 V).
Ciekawostka że taki odbiornik LVDS w FPGA, mimo że to jest komparator, jest zwykle najszybszym z dostępnych odbiorników. Piny skonfigurowane do CMOSa mają zwykle max 150...200 MHz, a do LDVSa do 400 MHz.

Dalszy blok dziwnie połączonych bramek realizuje przełączniki (SWITCHER oraz SWITCHER).
Tu nawet nie ma co opisywać. Oryginalny układ jest przekombinowany, bo złożony z bramek zamiast z dedykowanego multipleksera (pewnie nie był dostępny gotowiec w wykonaniu ECL). Realizacja wewnątrz FPGA jest banalna.

Mamy też generatory dwóch częstotliwości nośnych (SECAM CARRIER GENERATOR). Są to generatory PLL, synchronizowane przebiegiem HD. One również zostaną zrealizowane w całości wewnątrz FPGA, za pomocą opisanego wcześniej generatora DCO (lub za pomocą ADPLL = All Digital PLL). Możliwe że ich odtwarzanie nie będzie nawet konieczne, bo prawdopodobnie w oryginalnym układzie były używane jedynie do kalibracji analogowego demodulatora i analogowych modulatorów, co w wykonaniu cyfrowym nie będzie konieczne.

Ciekawym blokiem jest DEMODULATOR. Po modulatorze FM można się było spodziewać jakiegoś dedykowanego scalaka i/albo jakichś obwodów LC. Tu jednak mamy demodulator w postaci multiwibratora (też typu ECL).
Wyzwalany zboczem sygnału prostokątnego, generuje on impulsy o stałym czasie trwania. Czas przerwy zależy od odstępu pomiędzy przychodzącymi impulsami. Zatem nim większa częstotliwość, tym większy udział czasu trwania impulsów w stosunku do stałego czasu przerwy. To taka modulacja PWM, tyle że taka gdzie częstotliwość też jest zmienna.

Warto jeszcze dodać że demodulator zbudowany na monowibratorze ma trochę nieliniową charakterystykę. W oryginale to widocznie nie przeszkadzało w znaczący sposób, ale tutaj mając FPGA można spróbować zlinearyzować jego charakterystykę. No bo oczywiście taki monowibrator będzie zrealizowany jako Timer na FPGA.

Sygnał prostokątny z tego monowibratora jest wzmacniany i trafia na filtr LP200. Filtr wyodrębnia z tego składową stałą, która trafia już tylko na wzmacniacz i idzie do płytki ADC PR-40.
Szczęśliwie się składa że w obydwu systemach (PAL i SECAM) jest wykorzystywana ta sama płytka PR-40. A więc sygnały jakie do niej docierają w obu przypadkach powinny być podobne (podobne wartości napięć oraz maksymalna częstotliwość).
Nigdzie nie jest opisany ten filtr LP200, ale skoro spodziewamy się podobnych sygnałów dla ADC dla systemów PAL i SECAM, to można się spodziewać że podobny filtr znajdziemy na płytce PALa SG-67. No i jest, choć z wykonaniu z elementów dyskretnych i na trochę wyższą częstotliwość (2.5 MHz).
Cała przeróbka wygląda tak:

SECAM_DECODE_PAL_BOARD.png

Pobieramy sygnał z punktu Q204, odtwarzamy brakujące bloki opisane wcześniej (BELL FILTER, LIMITER, SWITHER, DEMODULATOR), a końcowy sygnał "wstrzykujemy" przed filtr 2.2 MHz.
Jak widać tuż przed filtrem mamy mieszacz MC1496G, zatem sposób wstrzykiwania będzie taki sam jak opisywałem wcześniej (blokowanie mieszacza pinem BIAS).

Na wyjściu mamy wzmacniacz (OUTPUT AMP) który wyraźnie różni się pomiędzy wersją PAL i SECAM. Jednak skoro w obu przypadkach sygnał trafia do tego samego przetwornika ADC, to można zaryzykować użycie wzmacniacza z wersji PAL do użycia wersji SECAM.

No i tym sposobem cały tor wejściowy mamy ogarnięty, używając zaledwie szczątkowej ilości fizycznych elementów elektronicznych.