Een miniatuur SMD module als vervanger voor opgeblazen uPD5101 of MCM5101 low-power RAM

Hier zie je een zelfbouw SMD module om opgeblazen CMOS RAM in de JRC geheugen unit NDH-515 of NDH-518 te vervangen.

Het enige lastige eraan is dat het nogal pietepeuterig en omslachtig bouwen is!! Je hebt vast een loep nodig!

Klik op de plaatjes voor een grotere versie. Alle klik links openen in een apart venster.

Alle NRD en NDH typenummers zijn toestellen van JRC©  :

JRC logo

  © PROJECT ENGINEER:
WALTER - PE1ABR.

Memory upgrade MCM5101  uPD5101
Klik voor groter plaatje



In English?

Probleem stelling en de opvolgende oplossende ontwerp stadia.

Gekregen: JRC memory unit NDH-518, geklapt na bliksem inslag en vonk-overslag op de JRC kast.
De sterrenregen plek (op een schroefje) is nog zichtbaar.
Van binnen geen zichtbare printbaan schade, wel heel veel halfgeleiders exit. (Wat dacht je trouwens van de ontvanger....) Ook de speciale (antieke) geheugen IC's. Toch zonde om te slopen, misschien repareren?? Interface ontwerpen naar moderne en goedkope IC's met 32768 kanalen?? Een proefversie werkt al!! Wel een beetje "overkill" !!
Alle TTL en CMOS is goedkoop en makkelijk te vervangen, iets lastiger is het antieke geheugen IC MCM5101 of uPD5101 in super low power versie (met -LL in het type nummer).
De 5101 is echt antiek, met in totaal slechts 1024 bits in 256 nibble-reepjes van 4 bits. En met nog eens een aparte input en output voor de databits! 256 miljoen bits per chip is eigenlijk ook al antiek.

Een toevalstreffer: op de radiomarkt in Rosmalen liep ik tegen een heel goedkoop buisje uPD43257BGU-70LL in SMD uitvoering aan, minstens 250x grotere geheugen capaciteit, een totaal ander soort CMOS static RAM IC-tje. Maar wel met "-LL", superlowpower, geschikt voor battery-backup!! En misschien toepasbaar met een passend interface schakelingetje op een inplugbaar module printje met een 22 polige "IC-stekker". Maar dan moet alles wel super compact blijven!
Ook zou het mooi zijn de hele interfacing op dit opsteek printje te maken, zodat er (vrijwel) niets aangepast of "besneden" moet worden aan de originele JRC print. Het moet alleen niet veel groter worden in de lengte dan het originele IC, in de breedte is iets extra "rek" mogelijk.

Na wat gedachtenruis een ideetje op papier gezet. Zou het werken? Hoeveel stroom neemt het op? Kan de data I/O interfacing op Vbatt, of moet dit separaat op de standaard +5V Vcc?? Apart is toch wel beter, een extra Vcc pinnetje moet dus helaas. PDF link 1e (foute) versie. Om makkelijker te "bedraden" zijn alle data- en adres-bits door elkaar gegooid, dat maakt niets uit. Niet schrikken dus.

Het wordt aanbevolen een proef en test schakeling te bouwen, liefst met de originele toe te passen onderdelen in SMD. Hoe kom ik dan aan een passende SMD experimenteer print? Is zeldzaam, of niet te koop. OK, dan ontwerp ik dat ook zelf maar even. PDF link naar een 10 x 16 cm euro SMD experimenteer kaart, type PE1ABR!

Weer een weekeind zoet met belichten, etsen en uitproberen op een extra klad stukje van zo'n eigen SMD euro board.

Memory upgrade MCM5101  uPD5101 Na weer een volgend weekeind pielen met apenhaar ( < 0.1 mm !!) en SMD gruis: het werkt. Stroomverbruik is echter veel te hoog. Ruim 60 uA. Slechts een half jaar met een setje batterijen?? Kan niet, IC is lek of er klopt iets niet. Adres-bits lek: kan ook niet. Na onderzoek van de pull-down op de data-I/O signalen : dat is het ook al niet. Het blijkt uiteindelijk een externe /WE pull-up te zijn van 47K die op Vbatt zit. Is waarschijnlijk een MEM write protect beveiliging bij aan/uit door signaal /WE konstant hoog te houden via Vbatt.  Die pull-up stroom lekt weg via de interface buffer via de ingebouwde protectie diodes als de buffer spanningsloos is en de Vbatt wel aanwezig. Kortom: direct op /WE   kan geen standaard inverter torretje en ook geen HC(T) poort met prot-diodes, alleen isolated gate buffers met sperdiode protectie zijn toepasbaar. Welnu dan gebruiken we een duo trapje met een BSN FET-tje, een isolated gate buffertje voor de stuursignalen naar de data-interface. En weer een aangepast schema: PDF link schema versie 2, de verbeterde versie.

Test... Hij doet het niet?? Er loopt totaal geen stroom meer??? Het werkt overigens wel!!

Zo, zo, dat werkt nu dusdanig goed (superlaag stroomgebruik in "slaap" mode) dat ik zelfs twijfel of het IC-tje wel op de voeding is aangesloten. Minder dan 1 uA, laatste significante bit op de digitale meter knippert slechts! 1 uA is de laagste resolutie van mijn meter. Vcc samen met Vbatt op 1 lijn werkt nu helemaal niet meer, omdat altijd 1 van de twee inverter FET's stroom trekt ( > 200 uA).

Layo1 for DOS Test in proefopstelling is geslaagd, het lay-out werk aan het echte printje kan beginnen. Zou ik het er wel allemaal op krijgen?? Snel wat uren genoten met good-old Layo1 voor DOS. Daar hou ik speciaal nog een oud W98-lijk met eenvoudige VESA videokaart voor in werking, nostalgische DOS VESA Video programmeer commando's werken daardoor OK. En het ziet er prima uit en werkt ook perfect, en ik kan er mee omgaan. Om de oude Layo1 te blijven gebruiken heb ik nog meer redenen voor. De belangrijkste: de door Layo1 zelf gegenereerde output bestanden in postscript zijn (alleen van deze versie) van een zeer duidelijke en makkelijk te begrijpen structuur. Hier is naderhand op in te breken en heel wat conversie-moois mee uit te halen! Ik kan nl. met eigen conversie software de gegenereerde grijstrappen uit de Layo1 outputdriver omzetten naar kleur en tevens de postscript "wat opschonen" zodat er daarna foutloze belichtingssheets en perfecte kleur-documentatie zonder rare postscript fouten van te maken is in PDF formaat.
Nog even het SMD printje bekijken??

layo_ps_repair Ook kun je met mijn conversie software de standaard output van laag 1 en 2 zowel in een geschoonde postscript als in een EPS variant opslaan. Naderhand kun je dan (met de hand) meerdere kleine postscript jobs samenvoegen in Notepad+ en toch op 1 sheet afdrukken, of macro's in postscript maken t.b.v. het meervoudig afdrukken van dezelfde job op 1 sheet.

PDF link van 10 mini memory-IC printjes in 2 met de hand geprogrammeerde sheets (1 per laag).

Lekker zuunig en reuze handig als je van hetzelfde kleine printje (zoals ook weer in dit geval)   er een heleboel tegelijk nodig hebt. Na het genereren van een PDF uit de geschoonde postscript zie je gelijk hoe het er uitziet, en is naderhand ook makkelijker af te drukken vanuit Acrobat op een andere (moderne) PC met alle moderne printer opties. Met het minuscule memory printje is de kans op print-afval bij het thuis etsen helaas wel iets groter.



En nu gaan we bouwen, in vele stappen en met veel plaatjes!


Memory upgrade MCM5101  uPD5101

  Memory upgrade MCM5101  uPD5101

Maak een hele stapel printplaatjes, zorg voor wat reserve.. Inspecteer zeer grondig op koper kortsluit haren. En vooral wanneer een baantje tussen twee SMD strookjes heen loopt. Ohms testen en eventueel met een mesje bijwerken!
Gebruik vers etsmiddel (ik maak zelf perchloorzuur i.s.n. = 10% HCl + 3% H2O2 35%). Dit spul is onstabiel en valt langzaam uit elkaar, het kan een fles doen ontploffen!
Voor ieder gebruik een half kopje vers H2O2 35% toevoegen.
Gebruik PVC "randpijpjes" op de printrand om krassen te voorkomen.

Onderbrekingen zijn al helemaal waardeloos, de baantjes zijn toch al apenhaar, hoe krijg je daar nog een reparatie draadje aan.

Zorg vooraf voor een reductie in het drankgebruik, trillende handen zijn een verschrikking voor de WIDIA boortjes, want: boor de VIA's (doorverbindings gaatjes) NIET ruimer dan 0,5 mm. Anders verzuipen de doorverbindings stukjes in het soldeer of spoelen zelfs weg. De rest (header gaatjes) maximaal 0,8 mm. Er is toch al niet teveel koper op dit minuscule printje.
En kaars-RECHT / Vertikaal boren, anders zit je aan de andere kant ernaast.


  Bedraden.

Neem een stukje soepel netsnoer, 10 - 15 cm is genoeg. Aan 1 ader aan 1 kant een klodder soldeer, daarna het plastic verder afpellen. Je hebt nu een bosje bedradings apenhaar / verbindingsdraad.

Onder en boven goed strak trekken en vastzetten, dat vastzetten gaat het vlotste met een aantal ( 5 - 8) draadjes tegelijk.

NAAST het koper afsnijden, NOOIT op een baantje.
Maak geen grote soldeer bobbels daar waar de IC-tjes komen. Je zult door die verhoogde zelfbouw VIA's toch al de SMD pootjes iets moeten verbuigen.







Memory upgrade MCM5101  uPD5101
  Memory upgrade MCM5101  uPD5101

De IC-tjes. Zet het printje vast in de bovenrandjes van een kleine boorklem. Begin met de HCT chip en zet een hoekje vast. ALLES goed in positie?? Zet dan diagonaal nog een pootje vast. Nog steeds alles OK??
Prik voorzichtig met een naald tegen de pootjes om te zien of alle SMD pennen de print raken en het chipje niet omhoog komt door een doorverbindings bobbel eronder. OK?? Dan alles vast. Gebruik een superminiatuur SMD boutje en stook NIET te lang, de afgesneden doorverbindings haarbrokjes kunnen alsnog wegspoelen.
En dan kun je er daarna NIET meer bij! Dan IC nummer twee in SMD.



 
Nu de achterkant naar voren in de klem. Het losse SMD gruis is aan de beurt. C-tjes, R's en twee FETjes, type BSN20 bijv. (Zoals 2N7002). Voor de FET R's is alles toepasbaar tussen de 4K7 en de 22K, voor de data-pull-down is alles bruikbaar tussen de 10K en de 47K. Gebruik wat beschikbaar is. Zwevende ingangen van niet gebruikte data I/O kan niet echt. Een te lage pull-down R geeft ongewenste belasting voordat er een echte nul inzit. Compromis dus. De twee C-tjes: alles tussen de 47nF en 220nF is OK.





Memory upgrade MCM5101  uPD5101
  Memory upgrade MCM5101  uPD5101

Bij het opbouwen van de print laagjes goed opletten wat je eerst vastzet, anders kun je er later niet meer bijkomen. Assembleer / stapel eerst alles "los" (zonder vast te solderen) om te zien wat onder en boven is van de verloop print. Voor de 22-polige header plug kun je ook een standaard 24-pins (bredere) plug aanpassen, een pin eraf en de middenstukjes weghalen. Zet de twee losse strips daarna tijdelijk in een standaard 22-pens voetje om de steekmaat stabiel en recht te houden. Het 22-pins stekker deel wordt zowel onder als boven gesoldeerd, da's steviger (vooral bij het induwen) en werkt makkelijker. Duw de strips dus niet door tot de plastic aanslag! Soldeer eerst de kleine uitstekende puntjes, daarna tussen de plastic strips en de print nog eens alles vastbakken.
De pennen die iets dunner zijn moeten als stekker dienen!
Nogmaals: stapel eerst de tweede print om te zien of alles past en er niets achterstevoren zit!



  Alles OK??

Dan de doorverbindingsstrips van het in elkaar geschoven pakketje eerst aan de SMD IC kant solderen. Daarna weer uit elkaar en aan de onderkant nog eens de GND en 2x de +5 extra doen.
De andere pennen is niet nodig.

Dan weer in elkaar en de onderkant op de verloop print vastzetten, die pinnen alleen aan de "buitenkant" solderen.








Memory upgrade MCM5101  uPD5101
  Memory upgrade MCM5101  uPD5101


't is vrij laat, maar nu nog eens Ohms meten of er geen kortsluit rampen inzitten! Dan testen! De MEM unit spanningsloos en OOK minstens 1 batterij los. Plaats een nieuwe memory module. Ik ga er van uit dat de memory unit ondertussen voorzien is van professionele 22 pens voetjes met gedraaide bussen.
Ook moet er op de hoofdprint voordien nog een extra +5V aansluiting gemaakt worden. Meer daarover bij "laatste opmerkingen".
Zorg voor een stroommeet adapter (van zeer dun dubbelzijdig folie-print (foto link) in het batterij circuit. Plaats de laatste batterij. Je hoort een stroom hikje te zien en daarna zakt de stroom in tot vrijwel NUL micro ampere. Alle 6 modules samen bij mij gebruiken gemiddeld in standby op ongeveer 3,3 V (laag voltage NiCd als test ipv bijna lege testbatterij) slechts 1 uA!! TOTAAL!! Onwaarschijnlijk laag!

(perfecte schakeling, h !!, komt ook door de databuffer op de externe +5V Vcc)

  Memory upgrade MCM5101  uPD5101


En daar zitten ze dan lekker alle 6 bij elkaar!
Eindelijk na 5 jaar weer een werkende memory unit!





Testen

Hoe weet je nu of de I/O goed werkt, komen de databits goed binnen??
Zitten alle adres lijntjes goed doorverbonden??

Vul kanaal 1 tot en met 10 van bank A met:

Kan    cijfers     binair
1      11.111.1     0001
2      22.222.2     0010
3       3.333.3     0011
4       4.444.4     0100
5       5.555.5     0101
6       6.666.6     0110
7       7.777.7     0111
8       8.888.8     1000
9       9.999.9     1001
10      10.000.0     0000


  1e test

Kies bank A (alle adresbit schakelaars B, C en D dus los,
contact problemen met adresbit pull-down hiermee even uitsluiten)
Met de tabel hiernaast zie je snel of er adres- of data-bit fouten zijn.

Doordat nooit geprogrammeerde kanalen nog ongeldige data-ruis bevatten zie je de meest vreemde tekens of donkere plekken op het display voordat je op zo'n kanaal een MEM schrijf aktie doet. Dit is normaal en NIET verontrustend!
Dus doe: → stel iets in met tune → druk MEM → druk Preset → identiek?? → OK.

Je kunt ook snel overal alle ruis wissen: 000.0 instellen, MEM vasthouden, en 24 stappen even snel doordraaien, dan is alles gereset op 0. Volgende bank.

Na lange stilstand kunnen de schakelaars B, C en D kraken, even veel bedienen of eventueel misschien een klein drupje spray??

Een storing!

Zelf had ik toch nog een module probleem.
1 cijferdisplay gaf niet (altijd) weer wat ik erin gestopt had met de MEM knop, shit / scheisse. Uit, batterij los en 2 modules van plek wisselen. Weer aan.
Fout verplaatst, dus het is de module en geen defecte LS126 buffer ( die waren voordien ook allen opgeblazen..)
Vanaf de voorkant gezien: Het meest rechtse display cijfer is het meest linkse memory IC.

Door op te letten welk cijfer in welk ander cijfer verandert met bovenstaande test weet je welk bit het is die het niet doet. Bij mij werd een 8 een 0, en een 9 een 1. Het hoogste bit 4 wil dus geen "1" worden.
Is snel gemeten overigens. Wat gaat er in de HCT244, wat komt er uit bij indrukken MEM ( write mode). Blijft hij staan (read mode), en wat komt er dan uit de HCT244. Memory IC blijkt geen "1" te accepteren!
Hoewel.. op het samenknooppunt van extern D4 (15 + 16) zie ik wel een "1", maar op de bijbehorende pin 16 van het IC (heet daar D5) komt geen "1" aan. Gevonden. IC is niet stuk, SMD soldeer heeft niet "gevloeid", het zit met hars vast ipv tin.

Even een heet puntje erbij → klaar!

Schiet a.u.b. niet uit tijdens het meten.


Nog een laatste paar opmerkingen

In de memory unit moet vooraf een nieuw elcootje gezet worden. Bij het meest linkse IC. Dat is oorspronkelijk een "staand" type en zit helaas in de weg. Een nieuw standaard staand 100 uF - 16 20 V type, maar nu liggend monteren is alles. E.e.a kun je net nog zien uiterst links op de memory foto hierboven.

Indien er op de data lijnen grote ontkoppel schijf C's zitten, deze vooraf eventueel een beetje plat / opzij drukken.

Een paar millimeter naast het nieuwe elcootje moet ook nog een extra +5 V paaltje gezet worden t.b.v. de externe +5 voor de I/O buffertrap op de modules. Met een 1 draadje eraan, dat bij iedere module doorgelust wordt, is dat ook weer voor elkaar.
Als stekkertje wordt een gemodificeerd jumper "plugje" gebruikt. Werkt prima!

Wanneer je deze module voor een andere toepassing gaat benutten: pin 18, de /OE van de originele uPD5101, wordt niet gebruikt in de JRC NDH-units. Die heb ik ook niet benut in de nieuwe schakeling. Die /OE pin is overigens ook NIET aanwezig in het uPD43257 IC, daar heb je weer de andere versie uPD43256 voor nodig met slechts 1 /CE ( ipv 2) en 1 /OE pin. In dat geval is de CE2 weer niet aanwezig.

Datasheets:

NEC Datasheet originele uPD5101L
NEC Datasheet originele uPD43257BGU-70LL
De 10 x 16 cm euro SMD experimenteer kaart, type PE1ABR!
Het uiteindelijke verloop / interface schema (versie 2), de verbeterde versie
Memory upgrade MCM5101  uPD5101 De documentatie versie van het losse Layo1 SMD printje
Memory upgrade MCM5101  uPD5101 De 10 mini memory-IC printjes in 2 met de hand geprogrammeerde postscript sheets (1 per laag)
Nog een link naar het originele ongemodificeerde schema van de NDH-518


terug    Naar de Photographs sectie van de NRD-515 pagina
Valid HTML 4.01 Transitional


upgrade5101nl.htm
door Walter - PE1ABR - 2016-07-22