Expansão externa de 128 KB (ou 512 KB) de RAM paginada no padrão ZX Spectrum 128 para TK90X, TK95 e ZX Spectrum 48K. Redesenho completo em KiCad 10, com arquivos de fabricação prontos.
O nome vem da placa brasileira que originou este redesenho, mas o circuito é do Velesoft e nasceu para o ZX Spectrum 48K. A adaptação de 2012 ao TK usava um contato que no Spectrum carrega vídeo; aqui isso foi corrigido, e a placa voltou a servir nas duas famílias. Ver Compatibilidade.
Estado: projeto validado em software, ainda não montado em hardware. ERC e DRC estão zerados e a netlist foi conferida contra a intenção de projeto, mas nenhuma placa foi fabricada nem testada num micro real. Antes de mandar fabricar, leia
docs/ANTES-DE-FABRICAR.md— há itens que dependem de medir peças físicas.O conector de borda é o TE/AMP 5645235, de entrada vertical. As cotas do footprint saíram do desenho de cliente e estão no datasheet arquivado, mas ninguém montou a peça ainda.
Ele não inventa o circuito: junta e redesenha dois trabalhos anteriores.
| Origem | Autor | O que veio de lá |
|---|---|---|
external 128kb upgrade (zx48_to_128-EASY_3), 2009 |
Velesoft (Pavel Cimbal, República Tcheca) | O circuito base: as equações do GAL20V8, o latch da porta 0x7FFD e o esquema de paginação da SRAM, incluindo a extensão de 512K |
| TKMEM-128, 2012 | Luccas Eletrônica (Eduardo Luccas, Brasil) | A adaptação ao TK90X/TK95: soquete de EPROM com a ROM do Spectrum 128, jumpers de seleção de ROM, a auto-desativação da RAM interna de 32K por um pino livre do barramento, e a divisão em placa principal + expansor |
Créditos também a Flávio Matsumoto, que sugeriu o circuito do Velesoft para os TKs e identificou a caixa Patola PB 085/3, e a Daniel Jose Viana (danjovic), cujo trabalho documentou as cotas da placa para essa caixa.
E a goloskokovic/zx16to128upgrade,
que redistribui o material do Velesoft com o crédito devido. De lá vieram duas
coisas que não estavam aqui: os pontos de desativação da RAM interna num ZX
Spectrum 48K, por Issue de placa-mãe (ver
docs/PREPARAR-O-TK.md), e os
arquivos da variante EASY_6b, que permitiram comparar as duas versões do
circuito original (ver
docs/VELESOFT-EASY3-x-EASY6B.md). Nenhum
desses dois foi verificado em bancada por nós.
Este redesenho é distribuído sob CERN-OHL-S v2 (ver LICENSE.txt), uma licença fortemente recíproca: quem fabricar, modificar ou distribuir precisa disponibilizar as fontes das modificações sob a mesma licença.
O ZX Spectrum 128 difere do 48K em três coisas: 128K de RAM em 8 bancos de 16K, o chip de som AY-3-8912, e o espelhamento da memória de vídeo ("shadow video"). Esta placa entrega a primeira. O som AY exige interface separada; o shadow video é inviável numa interface externa, porque exigiria interceptar a RAM baixa da ULA dentro do micro.
Na prática a grande maioria dos jogos de 128K funciona — a exceção são os poucos títulos que dependem do shadow video.
| Faixa | Quem responde |
|---|---|
0x0000-0x3FFF |
ROM — a interna do micro, ou a 27C256 da placa (jumper) |
0x4000-0x7FFF |
RAM baixa interna do micro (memória de vídeo da ULA). Não é decodificada aqui |
0x8000-0xBFFF |
SRAM externa, banco 2 fixo |
0xC000-0xFFFF |
SRAM externa, banco selecionado pela porta 0x7FFD |
Como a SRAM externa cobre 0x8000-0xFFFF, os 32 KB superiores de RAM interna
precisam ser desativados — é a única alteração necessária dentro do micro, e a
única coisa que difere entre TK e ZX Spectrum. Veja
docs/PREPARAR-O-TK.md.
Sobre a variante
EASY_6bdo Velesoft. Circula junto com a nossa em outros repositórios, e é fácil confundir com uma versão melhor. Não é: a serigrafia da placa dela dizMEMORY UPGRADE FOR ZX 16. É para um Spectrum de 16 KB, onde a RAM inteira vem de fora — por isso as equações dela também decodificam0x4000-0x7FFF. Este projeto deriva daEASY_3; a comparação completa, incluindo a conferência do nosso esquemático e do nosso layout contra os do Velesoft, está emdocs/VELESOFT-EASY3-x-EASY6B.md.
Um 74HCT273 latcheia o barramento de dados quando o GAL detecta a escrita na
porta (A15=0, A5=1, A1=0, /IORQ e /WR ativos):
| Bit | Sinal | Função |
|---|---|---|
| 0–2 | BANK0..BANK2 |
Banco de RAM em 0xC000 |
| 3 | VRAM |
Shadow screen — latcheado, sem uso nesta arquitetura (disponível em TP1) |
| 4 | ROMA14 |
Seleciona a metade da 27C256 |
| 5 | DIS128 |
Trava a paginação até o reset |
| 6–7 | BANK3..BANK4 |
Extensão 512K (só no modo ZX512) |
A trava do bit 5 é elegante: DIS128 entra na equação do clock do latch
(CLK7FFD = ... + DIS128), então ao ser setado o clock fica preso em nível alto
e o latch nunca mais é acionado.
TK90X, TK95 e ZX Spectrum 48K. Não é uma promessa vaga: reduz-se a uma regra que dá para verificar.
O barramento de expansão é o mesmo conector de 2×28 nas duas famílias, mas nove contatos não carregam a mesma coisa em cada uma. Enquanto a placa não tocar nenhum deles, ela serve nas duas:
| Contato | No TK90X/TK95 | No ZX Spectrum 48K |
|---|---|---|
| 4 | +9 V | USS |
| 7 | N.C. | GND |
| 15 | GND | sinal |
| 16, 17, 18 | livres | Y, V e U do vídeo componente |
| 34, 35 | 12 V | difere |
| 37 | +5 V | −5 V |
Esta placa liga 34 dos 54 contatos, e nenhum é dessa lista. Alimentação sai dos contatos 3 (+5 V), 6 e 14 (GND), que são iguais nas duas máquinas.
A verificação é automática, para a afirmação não envelhecer:
python tools/confere_compatibilidade.pyEle cruza a lista de divergências de busdef.py com os contatos que a netlist
realmente usa, e falha se algum aparecer.
⚠️ O que ainda é específico de cada máquina: desativar a RAM interna de 32 KB. Isso não é opcional — sem desativar, a memória do micro colide com a SRAM externa em0x8000-0xFFFF. No TK é um fio do contato 29 ao pino 10 do IC27; num Spectrum o ponto é outro e depende da Issue da placa-mãe — os dois procedimentos estão emdocs/PREPARAR-O-TK.md. A auto-desativação pelo contato 29 é inerte num Spectrum, porque lá o contato é N.C.; ali a intervenção é sempre por dentro.Não montamos a placa num Spectrum: a compatibilidade acima é do barramento, conferida contato a contato, não de bancada — e o ponto interno do Spectrum vem de terceiros, também não verificado por nós.
A placa de componentes fica em pé dentro da caixa. O conector de borda é soldado diretamente nela — e como esse conector é de entrada vertical (a placa que entra fica perpendicular à que segura o conector), a fenda dele cai no plano horizontal e recebe a placa do micro.
Os terminais do conector são retos e atravessam a placa, sobrando ~3,18 mm do outro lado em duas fileiras a 4,85 mm. A tira de expansão entra entre essas fileiras — uma passa por cima dela, a outra por baixo — e é soldada dos dois lados. Ela não tem conector nenhum: ilhas de solda nas duas faces de um extremo, dedos de borda no outro.
O conector fica fora da caixa Patola, atravessando o recorte que se abre na
frente dela. Não é escolha estética: no TK e no ZX Spectrum a abertura
EXPANSION é recuada dentro da carcaça, então a caixa encosta na traseira do
micro e só o conector entra. A placa, por sua vez, assenta rente ao fundo da
caixa.
No conector, 1..28 fica na fileira de baixo (junto à aresta inferior da placa), igual à fileira inferior da placa do micro; 29..56 fica do lado de dentro. É a mesma convenção no TK e no ZX Spectrum, onde essas fileiras são chamadas de B e A.
⚠️ O lado dos componentes tem que ficar virado para a tira de expansão, nunca para o lado do conector. Ao contrário, a placa dentro da caixa esbarra no micro e não encaixa direito. Na prática o conector de borda é o único componente do lado do cobre: entra por baixo e é soldado por cima.
| Placa | Arquivo | Conteúdo |
|---|---|---|
| Principal | hardware/tkmem128-ii.kicad_pro |
GAL20V8B, 74HCT273, SRAM DIP-32, EPROM 27C256, 3 jumpers, desacoplamento e o conector de borda |
| Tira de expansão | hardware/expansor/ |
Ilhas de solda nas duas faces de um lado, dedos de borda do outro — nenhum componente, só o fio de terra W1 |
A placa principal é de 4 camadas; a tira de expansão, de 2.
| Camada | Placa principal | Tira |
|---|---|---|
| F.Cu | sinal | 27 retas de 1,5 mm (pinos 29..56) |
| In1.Cu | plano de GND inteiro | — |
| In2.Cu | plano de +5V inteiro | — |
| B.Cu | sinal | 27 retas de 1,5 mm (pinos 1..28) |
Como todos os componentes são passantes, cada ilha de +5V e de GND toca o seu
plano direto: não há uma única trilha de alimentação nas faces de sinal, e
nenhuma via serve só para alimentação. Sinal de 0,5 mm, isolação de 0,2 mm,
21 vias, e nenhum fio de ligação.
O furo grande no topo é o H1, e ele não é furo de parafuso: por ali passa a
torre de fixação da caixa Patola, que tem Ø5 externo e nasce do fundo da
tampa. O parafuso da caixa corre dentro da torre e nunca toca a placa — H1
serve para localizar, não para apertar.
O conector é passante e é usado pelos dois lados — por baixo entra o conector, por cima solda a tira —, então a numeração dele está serigrafada nas duas faces.
O verso é o manual da placa. Traz as três tabelas de jumper, a função do
R4 e a licença — na bancada, com um shunt na pinça, isso vale mais que este
README.
A tira é soldada dos dois lados, então cada face traz a numeração dos seus pinos: 29..56 na frente, 1..28 no verso.
| Melhoria | Motivo |
|---|---|
| Passagem do barramento (dedos de borda na expansora) | O original ocupava o barramento; agora dá para encadear outros periféricos |
| Desacoplamento por CI (100 nF em cada um) + 10 µF de reservatório | O original tinha desacoplamento mínimo |
| 4 camadas com planos de GND e +5V inteiros | Alimentação sem uma única trilha nas faces de sinal, retorno de corrente curto e imunidade a ruído. O original era de 2 camadas |
| Trilha de sinal de 0,5 mm | O dobro da primeira tentativa deste redesenho, e no mesmo patamar da placa original. Menos sujeito a erro de fabricação, curto e defeito difícil de achar |
| Jumper JP2 com duas estratégias de ROMCS | O ROMCS do barramento é ativo em nível alto para desligar a ROM interna, o oposto da saída /ROMCS do GAL. É a explicação mais provável para a ROM 128 do original "funcionar num TK e não em outro". JP2 permite escolher entre acionar pelo GAL ou fixar em nível alto (como fazem os cartuchos da Interface 2), com R5 em série |
| Auto-desativação sem jumper nenhum | A original usava o pino 17, livre no TK mas V do vídeo componente no ZX Spectrum — daí o jumper e o aviso de que a posição errada danifica o micro. Aqui o sinal vai pelo pino 29, que é N.C. nas duas máquinas, então o pull-up é permanente e JP4 deixou de existir. Ver a análise |
GAL com .jed pronto e verificado |
O usuário não precisa montar nada: o .jed distribuído é gerado das equações deste projeto e conferido fusível a fusível contra o mapa de referência (checksum C5752, zero divergências) |
| Degrau zero na corrente de periféricos | A tira de expansão solda nos terminais do próprio conector, ficando coplanar com a placa do micro. O periférico seguinte entra no mesmo plano, sem escadinha |
| Bit N da porta 7FFD no flip-flop N | O original embaralhava as entradas do latch; aqui a ordem é natural e o esquemático se lê sozinho |
| Endereços e dados da EPROM 1:1 | Obrigatório (o conteúdo da ROM é fixo) e documentado |
Pontos de teste (VRAM, CLK7FFD) |
Para depurar sem grampear em perna de CI |
| LED de energia (opcional) | Diagnóstico imediato |
| Peças em produção na BOM | AS6C1008 e ATF20V8B no lugar de peças só encontráveis como estoque antigo |
| Jumper | Posição | Efeito |
|---|---|---|
| JP1 SELECIONA ROM | 1-2 | ROM 128: a EPROM da placa responde em 0x0000-0x3FFF |
| 2-3 | ROM interna: EPROM desligada (padrão) | |
| JP2 ROMCS BARRAMENTO | aberto | Usa a ROM interna do micro (padrão) |
| 1-2 | Aciona ROMCS pelo GAL (comportamento da placa original) |
|
| 2-3 | Fixa ROMCS em nível alto (estilo Interface 2) |
|
| JP3 ZX128/ZX512 | aberto | 128K — SRAM AS6C1008 (padrão) |
| fechado | 512K — SRAM AS6C4008 |
Esta tabela está serigrafada no verso da placa, uma por jumper, com as mesmas palavras — ver o render do verso acima.
⚠️ JP1 em 1-2 sem JP2 não faz nada útil: sem desligar a ROM interna, os dois chips disputam o barramento de dados. Use os dois juntos ou nenhum.
A auto-desativação da RAM não tem jumper.
R4mantém o pino 29 em nível 1 permanentemente, e esse pino é N.C. tanto no TK quanto no ZX Spectrum. Num Spectrum a placa não faz nada ali; num TK, com o fio interno do pino 29 ao pino 10 do IC27, ela desliga os 32 KB. Nada a configurar.
Versões anteriores deste redesenho traziam SJ1 e SJ2, terra extra opcional
pelos pinos 7 (GND só no ZX Spectrum) e 15 (GND só no TK). Foram
removidos: o terra já chega pelos pinos 6 e 14, que são GND nas duas
máquinas, e agora vai direto para um plano interno inteiro. O ganho era marginal
e cada um puxava uma rede do conector até o outro extremo da placa.
Se você quiser mesmo o retorno extra, solde um fio do pino do conector ao plano de terra — mas confira antes qual é a sua máquina: fechar o pino errado põe um sinal em curto com o terra.
| Pino | TK90X/TK95 | ZX Spectrum |
|---|---|---|
| 7 | N.C. | GND |
| 15 | GND | sinal |
| Ref | Valor | Encapsulamento | Observação |
|---|---|---|---|
| U1 | GAL20V8B ou ATF20V8B-15PC | DIP-24 300 mil | Grave hardware/gal/tkmem128.jed |
| U2 | 74HCT273 | DIP-20 300 mil | Latch da porta 7FFD |
| U3 | AS6C1008-55PCN (128K×8) | DIP-32 600 mil | Ou AS6C4008-55PCN (512K×8) no modo ZX512 |
| U4 | 27C256 | DIP-28 600 mil | Opcional — ver seção da ROM |
| R2, R4 | 1 kΩ | axial, vertical | |
| R5 | 0 Ω | axial, vertical | Fio; 100–470 Ω se houver disputa no ROMCS |
| R3 | 2,2 kΩ | axial, vertical | Opcional (LED) |
| C1–C5 | 100 nF cerâmico | disco 5 mm, passo 5 mm | |
| C6 | 10 µF eletrolítico | radial 5 mm, passo 2 mm | |
| D1 | LED 3 mm | Opcional | |
| JP1, JP2 | header 1×3 | passo 2,54 mm | |
| JP3 | header 1×2 | passo 2,54 mm | |
| J1 | TE/AMP 5645235 — conector de borda 56 vias, entrada vertical | passo 2,54 mm, fileiras a 4,85 mm | Único componente do lado do cobre; recebe os dedos do micro |
| — | soquetes torneados DIP-20/24/28/32 | Recomendado |
Não leva componente nenhum, nem conector: os "conectores" são cobre da própria PCB, e o único item a soldar além das ilhas é um pedaço de fio.
| Ref | O que é | Observação |
|---|---|---|
| J1 | Ilhas de solda nas duas faces, até a borda | Solda nos terminais retos do conector da placa principal, por cima e por baixo |
| J2 | Dedos de borda | Passagem do barramento ao próximo periférico |
| W1 | Fio isolado curto | Liga as duas ilhas GND - FIO ISOLADO no verso (pinos 6 e 14); passa por cima das trilhas, por isso isolado |
Guias detalhados:
docs/PREPARAR-O-TK.md— desativar a RAM interna de 32Kdocs/MONTAGEM.md— ordem de montagem, guia do conector, caixadocs/ANTES-DE-FABRICAR.md— conferências obrigatóriasdocs/VELESOFT-EASY3-x-EASY6B.md— as duas variantes do circuito original, e por que este projeto usa aEASY_3
Dois pontos que costumam pegar quem monta:
- A guia do conector de borda. O conector de 56 vias vem sem guia. Na posição 5/52 você encaixa um pedacinho de PCB (ou material equivalente) casando com o rasgo entre os dedos do TK — a placa não tem furos ali, porque não há terminal nessa posição. Sem a guia é fácil plugar deslocado e danificar o micro.
- A tira de expansão é soldada dos dois lados. Ela entra entre as duas fileiras de terminais retos do conector — uma fileira por cima, outra por baixo — e as ilhas chegam até a borda, então o terminal encontra cobre mesmo se for curto.
Arquivos prontos em production/: Gerber X2, furação Excellon,
BOM e mapa de posições, para as duas placas.
Cada placa tem o seu gerbers.zip, que é o arquivo que se envia à fábrica.
| Placa principal | Tira de expansão | |
|---|---|---|
| Camadas | 4 (F.Cu / GND / +5V / B.Cu) | 2 |
| Espessura | 1,6 mm | 1,6 mm |
| Trilha | 0,5 mm | 1,5 mm |
| Isolação | 0,2 mm | 0,25 mm |
| Furo mínimo | 0,3 mm | — (sem furos) |
| Via | 0,8 mm com furo de 0,4 mm | nenhuma |
| Furo não metalizado | 1 × Ø5,4 (H1, passagem da torre da caixa) |
nenhum |
Tudo folgado dentro da capacidade padrão de fábrica barata — nada aqui entra em faixa de preço especial, a não ser as 4 camadas da placa principal.
⚠️ Peça 4 camadas para a placa principal. Se pedir 2 por engano, a fábrica descarta os dois planos internos e a placa sai sem alimentação nenhuma — falha que não aparece na inspeção visual. Ver ANTES-DE-FABRICAR, item 3b.
A tira de expansão precisa de acabamento em ouro (ENIG) na placa inteira e chanfro de 45° na borda dos dedos. Os dedos entram e saem do conector do periférico seguinte muitos ciclos, e as ilhas de solda do outro extremo também chegam à borda — HASL descasca nos dois casos. Peça o chanfro explicitamente, é um item à parte no pedido.
Já vai pronto: grave hardware/gal/tkmem128.jed
direto no programador. Checksum de fusíveis C5752 — confira no software do
gravador ao abrir o arquivo.
Esse .jed não foi copiado de lugar nenhum: é gerado por
tools/galgen.py a partir das equações deste projeto, e
conferido fusível a fusível contra o mapa de referência do projeto do
Velesoft — zero divergências em 2706 fusíveis. O fonte em sintaxe GALasm está
em tkmem128.pld para quem quiser modificar.
Programadores XGecu (T48/T56) gravam tanto GAL20V8B quanto ATF20V8B.
A imagem da ROM não está neste repositório — ela é copyright da Amstrad/Sky.
O hardware (soquete U4 + jumpers) está lá; a imagem você monta com as suas
cópias de 128-0.rom e 128-1.rom:
cat 128-0.rom 128-1.rom > rom_tkmem128_27c256.binA ordem importa: A14 da EPROM vem de ROMA14 (bit 4 da porta 7FFD), então a
ROM 0 (editor do 128) tem que ficar na metade baixa.
Vale dizer que a ROM é dispensável: o autor da TKMEM-128 original deixou de fornecê-la depois de constatar que os jogos de 128K não dependem dela, e que ela causava incompatibilidades entre unidades diferentes de TK90X.
hardware/
tkmem128-ii.kicad_pro/.kicad_sch/.kicad_pcb placa principal
expansor/ tira de expansão
lib/ símbolos e footprints próprios
gal/ fonte e documentação do GAL
production/
placa-principal/ gerbers, furação, BOM, posições, PDF
tira-expansao/ idem
docs/
PREPARAR-O-TK.md MONTAGEM.md ANTES-DE-FABRICAR.md
VELESOFT-EASY3-x-EASY6B.md comparação com a variante do autor original
relatorios/ saídas de ERC e DRC
tools/ geradores do projeto KiCad
A biblioteca de símbolos e footprints é local ao projeto — nada depende da versão das bibliotecas do seu KiCad.
O projeto KiCad nasceu gerado por script a partir de uma descrição única da
netlist (tools/) — é o que garante que esquemático e placa não
divergem — e depois foi refinado à mão no KiCad. A fonte corrente são os
arquivos em hardware/; os geradores ficam como registro e ferramenta de apoio.
| Placa | ERC | DRC | Ligações |
|---|---|---|---|
| Principal | 0 | 0 erros (6 avisos cosméticos) | 0 pendentes |
| Tira de expansão | 0 | 0 erros (4 avisos cosméticos) | 0 pendentes |
A netlist exportada pelo KiCad foi comparada nó a nó com a intenção de projeto nas duas placas: 74 nets na principal e 53 na tira, zero divergência.
Hardware sob CERN-OHL-S v2 — ver LICENSE.txt.
Copyright Leonardo Rosa e contribuidores.
Derivado de: "external 128kb upgrade" (Velesoft, 2009)
TKMEM-128 (Luccas Eletrônica, 2012)
Este código-fonte é licenciado sob CERN-OHL-S v2 ou posterior.
Você pode redistribuí-lo e modificá-lo nos termos dessa licença.
Distribuído SEM QUALQUER GARANTIA, incluindo as de COMERCIALIZAÇÃO,
ADEQUAÇÃO A UM FIM ESPECÍFICO E NÃO-VIOLAÇÃO.
Consulte a CERN-OHL-S v2 para os termos aplicáveis.