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14.2 Clockpatch mit dem 74F04
Falcon Clock-Patch - Modifikation des Taktsignals
Beim nachträglichem Einbau von Erweiterungskarten, der
ScreenEye-Hardware oder irgendwelchen CPU-Beschleunigerkarten *kann*
es in verschiedenen F030- Computern zu Störungen des Soundteils,
des Datentransfers zur externen SCSI- Platte oder auch einfach nur zu
Systemhängern kommen. Einfaches einstecken von jeglichen
Erweiterungskarten verlängern in jedem Fall die empfindlichen
Busleitungen und können somit das gesamte System negativ
beeinflussen.
Abhilfe soll laut Atari ein sogenannter CPU-Clockpatch bringen der
von Atari Corp. selber empfohlen wurde. Die keine Zusatzschaltung
besteht aus einem 74F04 TTL-IC das man in jedem guten Elektronikladen
kaufen kann. Mein Falcon-Händler hatte mir diesen Patch per Fax
überlassen da durch den Einbau eines ScreenEyes beim laden von
größeren Farbgrafiken diverse Fehler auftraten. Der Patch
selber stammt im Original übrigens direkt von Atari Corp. und
wurde so an Händler gegeben. Selbst bei einem angeschlossenen
ScreenBlaster III extern gab es bei Grafikauflösungen von
960x620x16 bzw. 840x600x265 noch keine Probleme. Die Probleme zeigten
sich erst als durch den Einbau der ScreenEye-Hardware der interne
Erweiterungsbus verlängert wurde.
Jede Eingriff dieser Art bring auch eine Belastung diverser
Busignale mit sich, längere Busleitungen verursachen auch immer
längere Signallaufzeiten. Speziell beim Atari Falcon ist es das
16Mhz-Taktsignal das von COMBEL Chip erzeugt wird um FPU, CPU und DMA
(SCSI) zu versorgen. Dieses Taktsignal "verwäscht" sehr
leicht (wird unsauber) und verursacht so SCSI sowie Soundprobleme im
Falcon.
Dumm dabei ist das sich kein Falcon genau wie ein anderer
verhält. Grosse Bauteiletoleranzen und unterschiedliche
Busbelastung sowie ein sehr enges Timing, besonders was den DMA-Teil
betrifft, erschweren die korrekte Behebung von Sound- oder
SCSI-Problemen.
Der eigentlichen Einbau:
Die SMD-Widerstände R216, R222 und R221 haben einen Wert von
33 Ohm und dienen zur Strombegrenzung auf der 16Mhz-Taktleitung, falls
ein Teilbereich des Rechners diese Leitung stärker belasten
würde, könnten die beiden anderen Zweige damit nicht auch
zusammenbrechen.
Ob dieser Clockpatch nötig sein sollte kann man leicht am
eigenen Rechner testen, man erhöht die Bildschirmauflösung
mit dem ScreenBlaster im 256 Farben-Modus und und benutzt dann das
Soundsubsystem. Einfaches Abspielen von Soundfiles mit 49Khz
CD-Qualität genügt. Sind dabei Nebengeräusche zu
hören, kistert oder Knackt es? Gibt es Lese und/oder
Schreibfehler auf der externen SCSI-Platte? Haben größere
Bilddateien plötzlich Bildfehler, Längsstriche oder fehlen
einzelne Pixel nach dem Laden? Bleibt der Rechner plötzlich
mitten im Programm undefiniert hängen? Meldet der
Festplattentreiber undefiniert [Time Out] bei den externen
SCSI-Platten?
Dann, und wirlich nur dann ist der ClockPatch wirklich unbedingt
notwendig. Man kann hier nicht für jeden Falcon den exakt
passenden Tip geben. Ein wenig Experimentieren ist auf jeden Fall
angesagt.
Andererseits ist mir, bis zum Jahr 2000, noch kein Falcon bekannt
den man nicht mit diesem ClockPatch bezüglich SCSI/DMA zum
korrekten Arbeiten bringen konnte. Auch ohne teueres Equipment.
In einigen Falcons habe ich gesehen das der SMD-Widerstand R222 ab
Werk mit einem Lötklecks überbrückt wurde. Anscheinend
gab es schon hier Probleme bei den Werksseitigen Abschlußtests.
Diese Werkseitige Modifikation ist bei diesem Umbau natürlich
vorher ebenfalls zu entfernen und nur in Fällen bei denen kein
anderer Ausweg gefunden werden kann wieder vorzunehmen. Atari selber
hat wohl so versucht dem DMA-Problem Herr zu werden.
Die Widerstände dienen ganz einfach der Strombegrenzung,
immerhin muß der 16Mhz-Taktausgang des COMBEL, im
Originalzustand, ohne ClockPatch, drei weitere TTL-Eingänge
bedienen. Man kann auch mit diesem Widerständen versuche
anstellen, jedoch sollten diese nie kleiner als 20 Ohm werden.
Abbildung 1 - Signalweg aus dem F030-Schaltplan
Zur besseren Unterscheidung wurde das Clocksignal im Schaltplan in
A, B und C unterteilt, es ist so eindeutig zu sehen welche Leitung wo
den Takt hinführt. Hier kann man auch deutlich die Verteilung
erkennen und das die drei 33Ohm Widerstänge eigentlich auch nur
ein schlechte Notlösung sind. Währe hier ab Werk ein
korrekter Takttreiber eingesetzt worden würde eine menge
Lötarbeiten eingespart.
Der 74F04 TTL-Chip sollte vor dem Einbau ein wenig vorbereitet
werden. Alle Anschlußbeinchen bis auf Pin 14 und Pin 7 werden
gekürzt, aber nur soweit das noch ein sicherer
Lötanschluß bestehen bleibt und der Chip dadurch keinen
Schaden nehmen kann. Lange Lötzeiten an den gekürzten
Anschlußbeinchen sind zu vermeiden. Der Chip wird später im
Falcon auf den Chip U63 zwecks einfacher Stromversorgung und zur
mechanischen stabilisierung Huckepack aufgelötet. Er könnte
auch auf einem anderen Chip im TTL-Gehäuse sitzen, hier sind
jedoch die taktführenden Leitungen am kürzesten und Erzeugen
somit die wenigsten Probleme.
Beachten Sie bitte das nicht alle Beinchen des 74F04 Pingleich mit
dem darunterliegenden PAL U63 verlötet werden!
Am 74F04 können die Anschlüsse 2 und 9, sowie die Pins
11 und 13 schon vorher mit Drahtverbindungen gebrückt werden, das
geschieht am besten auf der Oberseite des Chips. Es Stört hier am
wenigsten. Die Drahtbrücke kann hier ruhig aus blankem
Schaltdraht, am sichersten Silberdraht bestehen. Nach dem öffen
des Falcongehäuses, des Entfernen der sicherlich noch vorhanden
Abschirmbleche, solle man sich am COMBEL und an der CPU orientieren.
Der Rechner liegt so vor uns als würden wir wie gewohnt auf die
Tastatur blicken. Links oben befindet sich das Netzeil, gleich rechts
daneben die interne IDE-Festplatte und ganz rechts das 3,5"
Diskettenlaufwerk. Der Lüfter befindet sich recchts vorne unter
der abgenommenen Tastatur. Nur so liegt die Platine für weitere
Erklärungen richtig herum.
Abbildung 2 - orientieren Sie sich an der Farbgrafik.
Beim Entlöten sollte man eine gewisse Vorsicht walten lassen,
es handelt sich hier um SMD-Bauteile auf immerhin einer
6fach-Multilayerplatine. Die Lötaugen sind rasch abgerissen und
die Falconplatine somit unbrauchbar. Eine Reparatur ist in den meisten
Fällen aussichtslos wenn die tieferliegende Leiterbahnen durch
kratzen ect. zerstört wurden. SMD-Bauteile bekommt man in jedem
guten Elektronikgeschäft. Die entlöteten
SMD-Widerstände haben einen Wert von 33 Ohm.
Bewährt hat sich die Methode diese SMD-Widerstände auf
beiden Seiten zu erhitzen. Meistens bleiben diese winzigen Teile mit
samt dem Lötzinn direkt an der Lötspitze kleben und
können so rasch Entfernt werden.
Der 74F04 TTL-Chip kann nun Huckepack auf das IC U63 gelötet
werden. U63 gehört neben 3 weiteren Bausteinen zur Busemulation
des Falcons. PIN 14 des 74F04 sollte dabei passend mit PIN 20 (+5Volt)
des IC U63 verlötet werden.
Nachdem diese beiden Verbindungen hergestellt sind könnte man
noch auf ein wenig Luft zwischen den beiden Chips achten, ein wenig
Belüftung schadet keinem Bauteil, auch nicht einem PAL oder GAL.
Lesen Sie die Anleitung zum ClockPatch komplett durch *bevor* Sie
löten!
Bei allen Lötungen ist darauf zu achten das keine Verbindung
zu dem darunterliegendem IC entsteht! Auch sollte vermieden werden U63
in seinem eigenen Sockel festzulöten! Das erleichtert einen
eventuellen späteren Bauteiletausch ungemein.
Pin 10 des TTLs wird mit dem oberen Lötauge von R221
verlötet, das zeigt in Richtung der internen Festplatte. Pin 12
des TTLs wird mit dem oberen Lötauge von R216 verbunden, zeigt
ebenfalls in Richtung der internen Festplatte. Die
SMD-Widerstände R221, R222, R216 wurden bereits vorher entfernt.
Wobei hier noch zu Beachten ist das das jeweilige obere und untere
Lötpad des SMD-Lötpunktes keine Verbindung untereinander
nach dem Auslöten haben sollten! Die Schaltung würde nachher
ganz sicher nicht korrekt Arbeiten!
Zum Herstellen der nötigen Drahtverbindungen sollte
möglichst ein guter Fädeldraht verwendet werden. Da diese
Leitungen den Systemtakt führen sollen sie auch so kurz wie
möglich und auch sehr dicht an der Platine verlegt werden. Die
Leitungen ansich werden sicher nicht lange, die SMD-Widerstände
befinden sich in der unmittelbaren Nähe von U63. Ich habe
jedenfalls mit dieser Art der Verdrahtung die besten Erfahrungen
gesammelt, zumal dieses Verfahren schon bei dem
"SpeedUp16-Projekt der c't vor Jahren schon zu einem sehr
stabilen Verhalten des Rechners geführt hat. Es soll kein Schaden
sein wenn man WireWrap-Draht in verschiedenen Farben benutzt. Es
erhält die öbersichtlichkeit. Damals halt eben ein ST, kein
Falcon, wer einen ST umgerüstet hat wird wissen wovon ich hier
gerade gesprochen habe.
Abbildung 4 - Verschaltung des Standard-ClockPatch
Jedem Atari sein eigenes und ganz privates Timing! :-)
Nach Beendigung der Lötarbeiten sollte alles genau
Kontrolliert und eventuelle Lötzinnreste ect. sauber entfernt
werden. Lötperlen krallen sich gewöhnlich zwischen den
Anschlußbeinchen der ICs fest. Lötzinnreste sollten
keinesfalls durch Wegblasen entfernt werden. Nach dem Umbau sollte der
Rechner eigentlich wie gewohnt booten.
Nicht vergessen die Tastatur vorher wieder anzustecken!
Sollte der Rechner keine Reaktion zeigen ist in 98% aller
Fälle die Verdrahtung falsch und muß korrigiert werden.
Nicht auszuschließen das an den Lötaugen der entfernten
SMD-Widerstände nicht sauber gearbeitet wurde und hier eventuell
ein Kurzschluß vorliegt oder die abgehenden Leitungen auf der
falschen Seite der SMD-Pads angelötet wurden.
Zerstören kann man den Falcon an dieser Stelle eigentlich
weniger, Aussnahmen bestätigen jedoch auch hier die Regel!
Wenn der Rechner nicht booten sollte:
Hier werden einige Dinge beschrieben die sie vieleicht, sollte ihr
Falcon wieder erwaren nicht korrekt arbeiten, gut gebrauchen
können.
Die Anleitung passte bis heute auf jeden Falcon F030 der mir unter
die Finger gekommen ist. Bedingt trifft diese Anleitung auch auf
Umbauten zu die einen 74F08 anstelle eines 74F04 verwenden. In jedem
Fall sollte vorher festgestellt werden welche Platinenrevision
vorliegt. Bei neueren Platinen könnten z.T die Angaben über
die SMD-Widerstände und die Verdrahtung nicht mehr zu 100%
übereinstimmen! Die Schaltung ansich ist aber auf jeden Falcon
anzuwenden. Hier ist eine vorherige Kontrolle nötig, eventuell
arbeitet der Patch dann hier aber auch in einer leicht modifizierten
Form, insbesondere wenn noch ein Beschleunigermodul zum Einsatz kommt.
In seltenen Fällen könnte es vorkommen das die Probleme
nicht ganz durch den Patch zu Beseitungen sind. Hier ist es wirklich
nur in wenigen Ausnahmefällen möglich durch 2-3 kleine
Kunstgriffe trozdem zum vollen Erfolg zu kommen. Das dies nur
vereinzelt passiert wird das wegen der besseren öberschaubarkeit
auch hier nicht beschrieben. Alles weitere, sollte es noch das ein
oder andere Problem geben, per Email.
Die beigelegten Grafiken sind nach bestem Wissen und Gewissen
entstanden, dennoch kann keine Garantie für die Richtigkeit der
hier wiedergegeben Information übernommen werden. Auch kann keine
Haftung für zerschossene Rechner oder sonstige Fehlfunktionen
übernommen werden. Für diese Anleitung sind Grundkenntnisse
über Elektronik und ein gewisses maß an Löterfahrung
erforderlich! Im Zweifelsfall währe es nicht schlecht im Umgang
mit einem Oszilloskop bescheid zu wissen. (Oder jemanden zu kennen der
das kann) Eine Lötausrüstung für SMD-Teile ist teuer,
kann aber angeraten werden! Meistens gibt es für vorhandene
Lötstationen passende SMD-Lötspitzen. (Feine
Lötspitzen, kurze Lötphasen, max. 15Watt Lötkolben) Die
Lötarbeiten an SMD-Platinen erfordern ein sehr sauberes Arbeiten
und einen gewissen Zeitaufwand.
Das einzelne weitergeben der Bilder ist Untersagt!
Eine gewerbliche Nutzung ist Untersagt!
Ein Fax als IMG-Datei, direkt von Atari und Bilder die nicht von
mir persönlich Stammen habe ich ebenfalls zu besseren
Orientierung diesem Archiv beigelegt.
Eine abgewandelte Schaltung, die auch beim Einbau von
Beschleunigern verwendet wird. Z.B beim PowerUp32 Beschleuniger oder
beim SKUNK.
Bei der ursprünglichen Schaltung kann es nützlich sein
wenn in der Leitung zum Pin 1, also die Leitung welchen den Takt zum
74F04 leitet eine Ferritperle übergeschoben wird. Alle Leitungen
sollten grundsätzlich so Nahe wie möglich an der
Falconplatine verlegt werden. Die besten Erfahrungen habe ich mit
dünnem WireWarp-Draht gemacht! öber den SMD-Widerstand R222
wird die Busemulation, welche aus den GALs U62 usw, besteht, mit dem
Rechnertakt versorgt. Es kann nützlich sein hier wieder einen
Widerstand bis zu einem maximalen Wert von 33 Ohm einzufügen. Da
muß leider ein wenig Experimentiert werden. Gleiches trifft auf
die Leitung zu welche am unteren Ende von R216 angelötet wurde.
Diese Leitung versorgt den SCSI-Trakt im Rechner. Auch hier ist
Experimentieren angesagt.
Bushänger, Abstürze oder das Einfrieren des F030 treten
in den meisten Fällen in höheren Auflösungsmodis auf.
Stark betroffen sind hier Auflösungen in 256 Farben und
TrueColor. In diesen Bildschirmmodis müssen in dem selben
Zeitzyklus wesentlich mehr Bildschirmdaten als z.B bei 16 oder nur 2
Farben über den engen Falconbus transportiert werden. In vielen
Fällen kommt es dabei noch gleichzeitig zu einem Zugriff auf eine
externe SCSI-Platte. Hier treten dann die 'kleinen Pausen' bis hin zum
Einfrieren des gesammten Systems auf. Abhilfe kann in einigen
Fällen das Modifizieren des ClockPatches bringen, aber auch der
Einbau eines Beschleunigers welcher den langsamen Bustakt mit
erhöht. So wird es möglich das bei einem schnelleren Takt in
der selben Zeit wesentlich mehr Bits über den Bus transferiert
werden können. Eine Möglichkeit solche 'Hänger' zu
Beseitigen. Auch besteht hier die Möglichkeit das gerade beim
Einstaz von Beschleunigern die Rambausteine leider zu langsam sein
könnten. Hier kann man nur schnellere Rams versuchen oder aber
die Grafikauflösungen so weit herrunternehmen das ein sicherer
Betrieb des Rechners möglich ist.
Es soll hier nicht verschwiegen werden das es Falcons gibt bei
denen keiner der genannten Tips richtig zum Erfolg führt. Hier
sind die Bauteiletoleranzen so groß das man froh sein muß
das der Rechner überhaupt korrekt läuft. Hier hilft es nur
die Bildschirmauflösungen, meistens mittels ScreenBlaster oder
BlowUp hochgepuscht, schrittweise zu verringern und eine Einstellung
zu suchen bei der das gesammte System stabil arbeitet. Ein Punkt bei
dem diese 'Hänger' dann wirklich sehr sicher beseitigt sein
sollten. Im übrigen ist es auffällig das offensichlich
neuere Falcons von diesem Problem stärker als ältere
Geräte betroffen sind.
Eine weitere, auf den ersten Blick recht seltsame Lösung,
findet man in diesem Archiv in dem FX-Ordner. Hier gibt es diverse
Hinweise zum ClockPatch von Georg Archer von der Fa. BlowUp. Das passt
natürlich auch wenn man keinen Beschleuniger eingebaut hat ;-)
Ich habe bisher nur die Schaltung mit dem 74F04 angewendet und
bisher in jedem Falcon damit das besste Ergebniss erziehlt. Weitere
Schaltungsvarianten sind eigentlich unnötig und verwirrend.
Warum ausgerechnet ein 74F04
Da hier an der Taktleitung des Falcon gearbeitet wird sind die
F-Typen von der Gschwindigkeit und des Verhaltens im sog. TTL-Pegel
bestens geeignet. Von der Geschwindigkeit her gesehen sollte es
allerdings eigentlich auch ein HCT-Typ machen, u.U ist dieser auch
leichter Aufzutreiben.
Zitat aus einem Halbleiterfachbuch:
Chips der 74er-Reihe gibt es in zwei verschiedenen
Ausführungen. Entweder in TTL- oder als CMOS-Chips. Letztere
erkennt man immer an dem Buchstaben "C" in der
Bauteilebezeichnung. Ein HC, C oder HCT ist also immer ein
CMos-Bauteil. CMos bedeutet auch immer eine Stromaufnahme im
uA-Bereich, also kaum deutlich Messbar.
Von der Funktion her ist ein 7404, ein 74F04 oder ein 74HCT04
genau der gleiche Baustein mit genau der gleichen Funktion. Der 74F04
ist ein Inverter. Ein 7408 ist ein AND-Gatter. Der innere Aufbau eines
7404 und einem 74F04 unterscheidet sich nur durch technische Tricks
bei der Herstellung, die eben einen F-Typ letztendlich in der
Schaltleistung wesentlich schneller machen. Gerüchte
bezüglich erheblicher Unterschiede in der Gatterlaufzeit
können Sie vergessen, es sind Gerüchte und es bleiben
Gerüchte.
Beachten sollte man aber das CMos-Bausteine einen leicht anderen
Signal-Pegel ausgeben als "normale" TTL-Bausteine. Genau
für diesen Fall gibt es darum die HCT-Typen, welche im Pegel den
normalen TTL-Chips ähnlicher sind. In der Schaltgeschwindigkeit
ist halt ein 74F04 oder ein 74F08 aber immer schneller als z.B ein
74HCT04. AS-Typen sind idR nicht angegeben. Sollten aber bei 1nS
liegen.
TTL-Gatterlaufzeiten im direkten Vergeich
-----------------------------------------------------------
7404 74HC04 74HCT04 74F04
-----------------------------------------------------------
7404: 8 12 6-9 7-14 3.2 3.7
7408: 12 17.5 7-13 7-10 10-14 4 4.2
-----------------------------------------------------------
Zeitangabe erfolgt generell immer in nS. (Nano-Sekunden)
Deutlich also auch zu sehen das ein Patch mit einem 74F08 das
Taktsignal mehr oder weniger über UND-Gatter nur verteilt,
verzögert, sich dabei die Ausgangsleistung des TTL-Bausteins zu
nutze macht, wärend bei einem 74F04 hingegen das Signal durch
zwei Inverter läuft um halt "eckig" zu werden. Das ist
genau die Signalform die von den Falcon-Peripheriebausteinen, z.B dem
DMA-Chip, am besten verstanden wird. Flankensteilheit ist gefragt. Die
beste Lösung ist jedoch das Taktsignal für jeden der drei
Takanschlüsse über ein eigenes Gate zu führen. So
treibt auch jweils ein TTL-Ausgang einen der drei Signalwege.
Eine andere Erläuterung ist mir hierzu noch nicht Eingefallen. Zwei Inverter damit das Taktsignal in der gleichen Art am Ausgang
wieder verwendet werden kann wie es eingespeist wurde. Ein Inverter
negiert das Signal. Ein nachfolgender Inverter "dreht"
(negiert) das Signal nochmal, somit wird es wieder wie das Signal das
am Eingang des ersten Inverters angelegt wurde. Der Unterschied zum
angelegten Signal besteht in scharfen Signalflanken und einem
unverwaschenen TTL-Pegel. Man erinnere sich das ein TTL-Ausgang
maximal einen TTL-Eingang bedienen sollte. Im Falcon sind es gleich
drei Eingänge die einen TTL-Ausgang belasten.
Beachten Sie hierzu bitte noch die vaariante mit dem 500 Ohm-Poti
(PotPatch) welcher sich bei der FX-Karte befindet und dort ein
stabiles Verhalten erzeugt.
Copyright © Robert Schaffner (support@doitarchive.de) Letzte Aktualisierung am 23. Dezember 2003 |
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