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Remise en état d'une carte son Creative Sound Blaster AWE64 CT4520

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J'ai un vieux PC sous Windows 98 pour faire du retro-computing et du retro-gaming.
Comme sortie audio, il est équipé d'une carte son Creative Sound Blaster AWE64 CT4520.

L'autre jour, j'ai voulu écouter des sons MIDI en utilisant le synthétiseur MIDI de cette carte.
Le rendu sonore était très étrange.

A l'écoute, il y avait un décalage des fréquences des notes puis la qualité sonore semblait progressivement diminuer comme si la stabilité se dégradait petit à petit pendant l'utilisation de la carte son mais le système d'exploitation arrivait cependant toujours à communiquer avec. 


Quand je demandais au système d'exploitation d'arrêter l'ordinateur, tout se faisait normalement puis au moment où le message "Vous pouvez maintenant éteindre l'ordinateur ..." apparaissait pour que j'appuie sur le bouton manuel d'alimentation, la carte son se mettait parfois à faire des sons aléatoires sans que quoi que ce soit lui ait été demandé.

J'avais déjà remarqué depuis quelques temps que le son qui sortait des enceintes semblait se dégrader.
Avec les sons PCM, il arrivait au bout d'un moment que la qualité sonore baissait brutalement comme si les samples passaient de 16 bits à 8 bits, voir moins, ou qu'il y avait des faux contacts dans le connecteur Jack 3,5mm où est connecté une paire d'enceintes.



La paire d'enceintes que j'utilise actuellement est une paire d'enceintes USB cheap avec un système d'amplification intégré. 
Le câble USB sert uniquement d'alimentation. Il n'y a pas de DAC intégré. 
Le son est pris depuis un connecteur Jack stéréo 3,5mm puis amplifié analogiquement. Rien de bien extraordinaire, ce sont des enceintes PC basiques.
Vu qu'il n'y a évidemment pas de port USB sur mon rétro PC, j'utilise un petit chargeur USB comme alimentation. 

Le problème de son de mauvaise qualité ne vient pas des enceintes ou du chargeur USB. Les enceintes fonctionnent très bien lorsqu'elles sont connectés à une autre source audio avec le même chargeur USB comme alimentation.

Donc je soupçonne que ça soit la carte son qui est à l'origine de ces problèmes audio.



Ma carte son est une Creative Sound Blaster AWE64 CT4520 de 1997 enfichable sur un port ISA 16-bits avec des connecteurs Jack 3,5mm stéréo pour une entrée ligne, une entrée micro, une sortie audio ligne et une sortie audio amplifié pour des petites enceintes ainsi un port DA-15 comme interface MIDI ou pour un joystick.

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J'ai profité de l'avoir devant moi sortie du PC pour noter les composants qu'il y a dessus.

Elle est équipée des puces maison CT8920-NBQ pour le traitement audio PCM et MIDI et CT1972-GAS contenant une ROM avec des échantillonnages audio (Wavetable Sample ROM) de divers instruments MIDI.
Je n'ai pas trouvé de documentation technique (datasheet) liée à ces puces. Peut-être que Creative ne les a pas diffusés vu que ces puces étaient destinés uniquement à ses propres cartes.

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A côté de la ROM d'échantillons sonores, il y a une puce RAM dynamique EDO NN514265J-60 de 256k mots de 16 bits (pdf).

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Il y a des connecteurs en haut et en bas de cette RAM pour l'ajout d'une carte additionnelle.

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A côté de la grosse puce CT8920, on trouve une puce GM71C4256BJ60 (pdf) qui est une autre RAM dynamique de 256k mots organisés en 4 bits et en pages de 512 mots.

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Ainsi qu'à côté, une EEPROM série AT93C66 (pdf) de 4kbits organisés en 512 octets ou 256 mots de 16 bits.
Avec son petit stockage, elle sert probablement à stocker une configuration utilisateur.

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Au milieu de la carte, il y a tout un tas de condensateurs chimiques avec des régulateurs de tension de +5V avec un 7805 (pdf), de -5V avec un 79L05 (pdf) et +3,3V avec un 29M33 (pdf).

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En haut à droite de la carte, il y a tout un tas de petites puces logiques avec :

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- 2 puces CD4074 (pdf) : un oscillateur

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- 74HCT4053 (pdf) : Multiplexeur/Démultiplexeur analogique
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- MC33079 (pdf) : 4 AOP à faible bruit

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Enfin un premier composant vraiment full analogique sur ce circuit !


Pas très loin, la seconde et dernière puce totalement analogique, une TDA1517P (pdf) qui est un double amplificateur de puissance de 6W permettant de connecter directement à la carte des petites enceintes sans amplificateur intégré.

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Quand j'ai regardé la documentation technique à son sujet, j'ai remarqué que le schéma de mise en place suggérait l'utilisation de condensateurs de 1000 μF pour connecter les haut-parleurs.

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Or, les condensateurs présents sur la carte sont de 470 μF.

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Je pense qu'il y a eu une volonté de réduite les couts de la part de Sound Blaster en mettant des condensateurs de moitié de capacité.
Cette baisse de la capacité va entrainer ici une perte de volume sonore dans les basses.
Bon, après ce n'est pas très grave ici si la qualité sonore n'est pas au rendez-vous malgré les performances audios de la carte. Si on utilise juste des petits haut-parleurs avec cette carte son via la sortie amplifiée au lieu de brancher la sortie ligne vers un système audio plus haut de gamme, c'est qu'on ne cherche pas vraiment une grande qualité de son.
Une autre raison possible des 470 μF au lieu de 1000 μF est le fait qu'il y aura moins de courant qui sera demandé lorsqu'il y a des basses et que cela pourrait éviter des instabilités d'alimentation.


Puis, pour finir, en bas de la carte, on trouve une puce 74LS245 (pdf) qui est une puce logique de composé de 8 portes à 3 états.

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Quand je bricole du matos audio, c'est généralement du matos purement analogique. S'il y a parfois du numérique dedans, c'est pour des actions logiques de contrôle mécanique ou d'affichage, rien qui touche directement au signal.
Là, c'est du numérique avec des gros carrés noirs (les puces) avec des trucs à l'intérieur qu'on ne peut pas discerner qui génère des signaux audios.
Donc quelque chose de plus opaque et dont on peut moins mettre les mains dedans pour voir quel composant pourrait être défaillant plutôt que plein de petits composants simples qui s'accordent pour construire un signal électrique.

Mais il y a un truc qui reste commun à toute catégorie d'électronique, c'est l'alimentation et la nécessité qu'elle soit bonne pour que tout marche bien.

Cette carte son date de 1997.
Toute son électronique a donc 29 ans au moment d'écrire ces lignes.

Il y a plein de condensateurs chimiques ici dont certains qui servent très probablement comme condensateur de découplage.
Cette utilisation de condensateur sert de tampon quand il y a des pics de demande de courant.
Si ces pics ne sont pas bien soutenus, cela peut provoquer une légère chute de tension à l'entrée d'alimentation du composant qui demande du courant entrainant des comportements parfois aléatoires chez les composants qui attentent une alimentation parfaitement stable.

Ne sachant pas forcément par où commencer avec cette électronique numérique, je me suis dit que pour tenter de trouver l'anomalie à l'origine d'un fonctionnement global dégradé, c'est déjà bien d'être certain que l'alimentation de l'électronique est correcte.
Vu l'age des condensateurs chimiques présents, ça serait une bonne idée de commencer par tous les remplacer à neuf.
On verra après si le problème vient d'ailleurs.

Je ne pense pas qu'un soucis d'alimentation pourrait venir ici de l'alimentation générale de l'ordinateur même si elle a à peu près le même age car tout le reste fonctionne bien pour l'instant.




J'ai listé les condensateurs chimiques présents. Il y a 35.

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(Cliquez sur l'image pour l'agrandir)


Ils sont majoritairement de marque Nichicon sauf pour les deux condensateurs de la puce amplificatrice pour haut-parleur TDA1517 de marque ELGEN.

Ce sont tous des condensateurs avec des caractéristiques standard.
Aucun ne semble être "Low ESR" ou "High temp", même pas spécifique audio.

La majorité ont une forme low-profile mais il n'y a pas d'intérêt spécifique à rester obligatoirement dans ce style de condensateur. Il y a la place en hauteur pour mettre des condensateurs un peu plus grands. C'était peut être moins cher pour Creative lors de la fabrication de cette carte.

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Comme condensateurs neufs de remplacement, au lieu de préparer une liste pour une prochaine commande de composants et vu qu'il s'agissait que de condensateurs standards, j'ai essayé de faire avec le stock de condensateurs neufs que j'avais issus majoritaire de surplus de commandes pour d'autres réparations.
Vu que cela revient parfois moins cher de commander une plus grande quantité de composants plutôt que la quantité exacte de ce qu'il me faut, j'ai parfois des restes après avoir terminé la réparation d'un appareil que je conserve pour mes expérimentations électroniques ou d'autres réparations.

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J'ai pu trouver dans mes stocks des condensateurs de même capacité de chez Nichicon en série UVR "Standard miniature sized" (pdf) et Panasonic en série FM-A (pdf) (référence commençant par EEU) et en série M-A (pdf) (référence commençant par ECA).
Pour la tension, il y a eu un seul cas avec des condensateurs 16V et où j'avais que des 25V. Ce n'est pas un problème tant que la différence reste pas trop grande.


Voici la liste des composants d'origine et ceux de remplacement :
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Pour les condensateurs de 470 μF du TDA1517 au lieu des 1000 μF recommandés par la documentation technique, j'aurais pu mettre des 1000 μF à la place des 470 μF mais comme je ne cherche pas à utiliser cette sortie amplifiée, j'ai laissé 470 μF.



Après avoir rassemblé tous les composants neufs dont j'avais besoin, c'était partit pour faire chauffer le fer à souder !

Pour dessouder les anciens condensateurs, j'ai utilisé de la tresse à dessouder.

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Les trous où souder les nouveaux composants ne sont pas composés juste d'un pad d'un côté où appliquer la soudure.
Il y a un plaquage cuivré aussi à l'intérieur du trou (nommé "plated through-hole") pour que la soudure puisse couler à l'intérieur.
Il n'y a donc pas besoin de beaucoup de soudure et de faire un gros dôme sur le pad. Quand la soudure commence à faire un dôme, c'est qu'il y a déjà assez de soudure qui coulé à l'intérieur du trou.

Après deux soirées en prenant son temps pour bien faire ça, tous les condensateurs chimiques ont été remplacés !

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J'ai remis la carte son dans le PC pour voir ce que le remplacement des condensateurs pouvait donner.

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La carte son remarche à nouveau nickel !






Analyse de l'état des anciens composants :

J’ai passé au testeur les anciens condensateurs pour voir ce qu’ils valaient encore.

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J'ai mesuré la capacité et la valeur d'ESR.
Je n'ai pas testé s'ils supportaient encore leur tension maximale de fonctionnement.

J'ai défini 3 verdicts possibles :
- 🟢 OK : Le condensateur a l'air bon.
- 🟡 Douteux : La valeur de capacité mesuré est assez différente par rapport à la valeur nominale (tolérance entre -10 et +20%). Est-ce que c'est dans la tolérance (inconnue) des spécifications du composant ou il y a une fuite de courant qui fausse la mesure ? Difficile de savoir donc douteux.
- 🔴 HS : Valeurs mesures mauvaises. Composant à considérer comme HS.

Je ne montre pas ici tous les condensateurs mais seulement un exemplaire (quand il y en a plusieurs) de chaque modèle de capacité/tension qui a les plus mauvais résultats.


Condensateur 470 μF / Différence capacité +3% / ESR normal
État : 🟢 OK 

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Condensateur 100 μF / Différence capacité -6% / ESR normal
État : 🟢 OK

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Condensateur 47 μF / Différence capacité -4% / ESR normal
État : 🟢 OK

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Condensateur 22 μF / Différence capacité -13% ⚠️ / ESR un peu élevé ⚠️ (normalement environ 1 Ω)
État : 🟡 Douteux 

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Condensateur 4,7 μF / Différence capacité -8% / ESR un peu élevé ⚠️ (normalement environ 1-2 Ω)
État : 🟡 Douteux 

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C'est surtout les petits condensateurs qui semble être fatigués mais pas tant que ça. 
Les Nichicon ont leur capacité qui est plus basse que celle nominale et les mesures d'ESR des petits condensateurs donnent une valeur un peu plus élevée que la normale.
On n'a aucun résultat extrême qui permettrait de considérer un des condensateurs comme HS.
C'est donc étrange qu'un remplacement de tous les anciens condensateurs ait réparé cette carte son. 
Peut-être qu'il ne fallait pas grand chose pour les condensateurs de petite capacité utilisés comme condensateurs de découplage ne puissent plus faire leur travail correctement.




Petit truc en plus :
J'ai cette carte son depuis environ une quinzaines d'années.
Vu que cette carte a un certain age, je suis allé voir sur eBay à quel prix possiblement stupide elle était vendue aujourd'hui sur le marché assez crétin du matériel rétro.
Je n'ai pas été déçu. Pour un truc qui va tomber en panne ou qu'il l'est déjà à cause de ses composants qui vieillissent, ça pique un peu.

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Cette réparation a été une fois de plus soutenue par le chat.

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