Prelude Z2 Replica (Nachbau)

Danke für die positive Stimmung

Ich habe mich die letzten Tage intensiv mit VHDL beschäftigt und konnte schonmal einen der GALs in einem XC9572XL auf einem Experimentierboard nachbilden. Der CPLD hat natürlich zu wenige Pins für unsere Zwecke, aber mir ging es erstmal darum die Einstiegshürde zu überwinden, die Entwicklungsumgebung kennenzulernen, wie ein VHDL-Projekt überhaupt aufgebaut ist und die Berührungsängste zu verlieren.

Da ich im Laufe dieses Prelude-Projekts auch GALASM und PALASM kennengelernt habe, fällt mir der Aufstieg auf den VHDL-Berg von dieser Old-school-Seite wesentlich leichter als das, was üblicherweise die ersten Kapitel der Lehrbücher ausmacht. Es wundert mich nicht, dass ein Studium so lange dauert, wenn die Lehrmittel so schlecht sind. Ehrlich, ich habe mehr als 10 Bücher über VHDL zu lesen angefangen und frustriert wieder weggelegt. Ich dachte ich bin zu blöd dafür. Nein, für 0 und 1 kann man gar nicht zu blöd sein, man braucht nur die richtige Anleitung - und die Hartnäckigkeit, sich auch das 11., 12. und 13. Buch noch anzutun. Dr. Richard Haskell (Digital Design Using Digilent FPGA Boards) hat meinen Nerv letztlich getroffen und mir FPGA-Programmierung beigebracht, obwohl ich nur ein paar Gleichungen in einen CPLD stecken wollte.

Das läuft wesentlich besser als ich befürchtet habe. Ich hoffe es wird nicht zur Floskel, aber: ich bin zuversichtlich, dass ich es hinkriege. Es gibt Schlimmeres

Zitat von THaase

welches genau meinst Du?

Dieses hier.

Versandkosten sind leider ziemlich heftig, $23. Sogar innerhalb der USA wollen die noch $8. Es lohnt also nicht, sich das Buch privat von Bekannten schicken zu lassen, kommt eventuell sogar teurer.

Es gibt eine hervorragende Videoreihe begleitend zu dem Buch auf YouTube

Sommerpause vorbei. Es geht weiter. Aktuell ensteht die neue Platine:

Zum Einsatz kommt seit einigen Tagen KiCAD 5, das wesentlich verbessert wurde. Es wurden nicht nur viele kleine nervige Fehler behoben, sondern auch an der Komfortschraube gedreht. Irgendwie geht jetzt alles flüssiger und intuitiver von der Hand. Wer KiCAD früher nicht mochte, sollte es sich jetzt nochmal anschauen.

Ein paar Designentscheidungen, die ich bei der neuen Platine treffen musste...

Kein AUX1 mehr. Die originale Prelude hat zwei AUX-Eingänge, wobei AUX2 für das Amiga-Signal gedacht ist und AUX1 z.B. für CDROM-Audio. Schließt man aber die MpegIt-Erweiterung an, so liegt auf AUX1 die MP3-Ausgabe. Ein weiteres Signal dazu zu mischen ohne dessen Lautstärke separat regeln zu können halte ich für keine gute Idee. Wer das trotzdem möchte, kann solche Faxen immer noch mit AUX2 machen. Vielleicht eine kleine Zusatzplatine, an der man ein CDROM-Audiokabel und ein Poti anschließen kann? Für AUX1 ist kein Anschluss mehr vorhanden, weder intern noch extern, der Kanal ist ausschließlich für den DAC.

Warum THT-Sockel für die PLCCs? Weil die SMD-Sockel mechanisch "nicht gut" sind, oft sehr zerbrechlich und zum Löten ein Alptraum. Klar, man könnte die Sockel weglassen und die ICs direkt als SMD auflöten, aber... Es hat auch Vorteile, wenn man jeden Pin von jedem Layer aus ohne Via direkt erreichen kann, gerade wenn man zwei 8bit Datenbusse mit Speicherchips verdrahtet. Den mittlerweile recht seltenen CS4231A möchte ich persönlich auch nicht mit einem Lötkolben quälen. Sockel sind was Gutes.

Warum THT-Filterkondensatoren? Folienkondensatoren gibt es auch als SMD, diese haben allerdings 3 Nachteile, auf die ich kurz eingehen möchte. SMD Folienkondensatoren sind flach, dafür aber sehr breit und brauchen entsprechend viel Platz auf der Platine. Hochkant einlöten ist Murks. Kleine Varianten sind nur spannungsfest bis 16VDC, was in unserem Fall nicht ausreicht. Sie sind teuer, etwa 60 Cent pro Stück. Durch die breiten Kontaktflächen ist beim Löten viel Hitze nötig, gleichzeitig sind die Dinger aus PET und verwandeln sich dabei sehr schnell in einen Klumpen verkohltes Plastik. Nach langwieriger Recherche habe ich mich für bedrahtete Kondensatoren entschieden und kann gut damit leben, eine bunte Mischung aus SMD und Throughhole auf der Platine zu haben.

Warum überhaupt Folienkondensatoren? Kann man nicht einfach Keramik nehmen? Kann man, aber dann ist es keine Soundkarte mehr, sondern ein Signalgenerator, dessen Ausgabe zufällig im hörbaren Bereich liegt. Man verwendet schlicht und ergreifend keine Keramikkondensatoren im Audio-Signalweg, schon gar nicht X7R und ähnliche Materialien mit piezoelektrischen Effekten. Das mag bei der sehr limitierten Ausgabe von Paula gerade noch so ohne messbaren Unterschied funktionieren, aber die Bandbreite des Crystal Soundchips ist gut viermal höher. Bei diesem Thema fühlen sich manche in ihrer Religion beleidigt, aber ich mache mir generell nichts aus dem Glauben anderer Leute.

Auch Elkos haben im Audiosignal eigentlich nichts zu suchen. In High-End-Studioequipment wird man vermutlich auch keine finden, Otto Normalverbraucher hört aber immer und überall täglich Musik, die "durch Elkos geflossen" ist. Nun haben Freunde alter Computer einen gemeinsamen Gegner namens Elektrolytkondensator. Die einen vertrocknen und leiten dann entweder gar nicht mehr oder sind kurzgeschlossen, die anderen laufen aus und fressen sich durch die Computergeschichte. Ich habe auf der Prelude alle polaren Kondensatoren als Tantal vorgesehen. Auf der originalen Prelude wurde für alle Kondensatoren ab 1µF auf Elkos oder Tantals zurückgegriffen, ich habe das so beibehalten, obwohl es heute Kerkos mit solchen Kapazitäten gäbe. Auf die Footprints lassen sich vermutlich auch Kerkos in 1206 o.ä. löten, wer meint das machen zu müssen.

Der 3.3V-Spannungsregler ist ein 1117-Typ, d.h. die Pinbelegung entspricht nicht dem gewohnten Input-GND-Output und das Kühlblech liegt nicht auf GND, sondern auf 3.3V. Das muss man bei der Auswahl von Alternativen unbedingt berücksichtigen! Warum ein Regler mit 800-1500mA Leistung? Lieber zuviel als zuwenig ist die ehrliche Antwort. Der Strombedarf des CPLD lässt sich mit komplexen Formeln berechnen, aber während Villbajo noch rechnet, wird in Villariba schon gelötet.

Ich hoffe das Layout am Wochenende abschließen zu können, damit ich Platinen bestellen kann.

Wer nicht warten will, kann mir auch eine Rev2-Platine ("Rarität") zum überhöhten Preis abschwätzen und damit das Projekt finanziell und moralisch unterstützen

Zitat von OlsenG

während Villbajo noch rechnet, wird in Villariba schon gelötet.

Villabajo und Villarriba heißen die. Da hab ich zwei Buchstaben verschluckt.

Da ich auf die PLCC-Sockel angesprochen wurde, nochmal ein paar Worte zu SMD-Sockeln. Man lötet dieses massive Konstrukt auf 35µm Kupferfolie, ist das eigentlich jemandem bewusst? Wir löten unsere Teile nicht auf eine 1,6mm-Platine, sondern auf 35µm Kupferbeschichtung, das ist dünner als die Alufolie aus dem Küchenschrank. Würdet Ihr da einen 3x3cm großen Sockel drauflöten und davon ausgehen "das wird schon halten"? Die Dinger sind Müll, Punkt.

Übrigens ging neulich eine originale Prelude bei Ebay für 450€ über den Tresen. Die erste und einzige seit Jahren. Ich hab hier einen funktionierenden Rev2 Prototyp, die Entwicklungskosten (ohne Stunden) liegen momentan bei etwa 250€. Für den Preis hätte ich wahrscheinlich nie eine originale Karte bekommen. Es war einfacher und preiswerter sie nachzubauen.

Ich hoffe, das inspiriert den einen oder anderen, selbst so ein Abenteuer zu wagen. Vielleicht kopiert mal jemand die Platine der SuperCPU für den 64er oder nimmt sich sonst irgendeine Hardware vor. Einfach mal anfangen, der Enthusiasmus bringt einen schon voran. Ich habe ein sehr lehrreiches Jahr hinter mir mit diesem Projekt und es ist noch nicht vorbei.