Musicbrain vcf8kern

musicbrain-vcf8kern — 8× multimode VCF-kernkaart (rev 0.1)

Kernkaart van het poly-analog-spoor (doc/poly-analog-spec.md, VCF8 + B3/B7/B10): 8 identieke SSI2140-stemmen met pole-mixing multimode (8 modes via een 4051 per stem), cutoff/Q vanuit de Brain via de SPI-bus. Staande kaart achter de VCF8-backbone (kernslot-contract v1.1). 110×92, 4-laags (In1/In2 = GND-planes), dubbelzijdig bestukt (besluit 2026-07-21: per stem gaat de pole-mix-ster + buffer-steun + ontkoppeling naar de B-zijde via JLC PCBA; de SSI2140's op de top soldeer je zelf), passieven 0603.

Schema = hiërarchisch/gepagineerd + bedraad (2026-07-21): root + in-uit-DACs-pagina + 1 pagina per stem (stem1..stem8, identiek op ref/net-suffix na). Elke stempagina toont de SSI2140 met echte draadjes naar zijn lokale subcircuits (gm-trap-knopen, integrator-caps, EXPO-, Q- en pole-mix-netwerk → 4051); de tap-bus (AINB, OUT1..OUT4) loopt als globale labels (die fan-outen naar meerdere stages + de pole-mix, net als de OLED-bus in het TD-12-interposer-schema). Cross-pagina-netten (VCUT/VQ/FMCVB/MOUT/MODE) = globale labels = de kale PCB-netnamen (PCB-netten hebben géén /-prefix). Bron: gen_vcf8kern.py (+schlib_hier.py). Dicht maar leesbaar; kan verder uitgespreid worden.

Status: routing af, reproduceerbaar DRC 0/0 (2026-07-31) — ERC 0, netcheck OK, plaatsing net-bewust (v3), alle signalen + voedingen geroute. Een volledige run van gen_vcf8kern.py, gevolgd door KiCad DRC met opnieuw gevulde zones, geeft 0 violations + 0 unconnected. De definitieve handroutes staan in de generator; het PCB is dus niet afhankelijk van handwerk in pcbnew. Recept + valkuilen: WERKWIJZE.md §"Dichte borden". Dit is een rev-0.1-validatiekaart: verwacht een respin na de bench-test (SSI2140-niveaus, pole-mix-matching, tune-lus).

Architectuur

                          ┌───────────── per stem (×8) ──────────────┐
kernslot ─SCLK/SDIN/CS/LDAC─► 2× AD5754 (daisy) ─VCUTk─►54.9k─► EXPO(7) SSI2140
  (v1.1)  ─SCLK2/SDIN2/CS2──► DAC128S085 ─VQk─►13k─► Q CTRL(12)   4-pole cascade
          ─FMCV─►buffer─►100k─► EXPO(7)                           IN1→gm1..gm4→OUT4
J2 AUDIO IN ─►/5-buffer─► AINB ─►15k─► IN1 ... cascade ... OUT1..OUT4
                                    │
              taps E0=AINB,E1..E4=OUT1..OUT4 ─► 8 passieve som-sterren
                                    └─► 4051 (MODE0..2) ─► ×5-buffer ─► J3 AUDIO UIT
OUT4 (×8) ─► 4051 (TSEL0..2) ─► LM311 ─► TOUT (open-drain, TEN via 2N7002)

SSI2140-cascade (datasheet Fig 3, SSOP-20 — zelf solderen)

⚠️ Pinout datasheet-geverifieerd (2026-07-20): de buildspec had pins 1–6 verwisseld. Correct: 1=OUT2 2=CAP2 3=IN2 4=OUT1 5=CAP1 6=IN1 (ingang) 7=EXPO 8=TEMPCO 9=Q VCA OUT 10=GND 11=V− 12=Q CTRL 13=Q VCA IN+ 14=OUT4 15=CAP4 16=IN4 17=OUT3 18=CAP3 19=IN3 20=V+.

• Keten: IN1(6)→gm1→OUT1(4)→IN2(3)→gm2→OUT2(1)→IN3(19)→gm3→OUT3(17)→IN4(16) →gm4→OUT4(14). Per trap 15k serie-in + 15k feedback + 200Ω shunt→GND + 1nF C0G op CAPx (Fig-20-schaling 15k voor buffer-load ≥5k). Elke cel inverteert → de pole-mix-tekens komen gratis.
• Resonantie: Q VCA OUT (pin 9, stroom) direct op de IN1-knoop → resonantie om de héle keten (SSM2040-karakter, Marks topologiekeuze). Zelf- oscillatie ≈ 222 µA; 13k vanaf de 0–3V3-Q-DAC geeft 254 µA = net voorbij.
• Q-compensatie (input-gain, Fig 14): AINB → 16.2k → Q VCA IN+ (13), 1k pin13→GND — constante passband, géén extra opamp.
• EXPO (Fig 2b, tempco uit): cutoff-CV → 54.9k → pin 7, 1k pin7→GND, pin 8 open. Temperatuurcompensatie via B10-tuningcycles i.p.v. de tempco-R.

Pole-mixing (Fig 20 + AN701 Table 1)

5 taps (E0 = gebufferde ingang AINB, E1..E4 = OUT1..OUT4) → 8 passieve gewogen-som-sterren (één per mode) → een 4051 kiest de mode (MODE0..2) → uitgangsbuffer. Gewicht w → weerstand 75k/w (R_ref = 75k = Fig-20 RF); gebruikte waarden 75k/37.4k/18.7k/12.4k. De passieve normalisatie (÷Σgewichten) egaliseert de modeniveaus vanzelf. Tekens komen uit de trap-inversies, dus alle weerstanden positief naar één knoop (AN701 §2).

Modemenu (tap-zuinig, 15 mix-R/stem):

MODE gedeeld = globale modekeuze (v1); per-stem-modes = contract-extensie.

CV — twee DAC-domeinen

• Cutoff (precisie, breed): 2× AD5754BREZ in daisy op CS (16-bit, ±10 V-range, ADR421 2.5 V-ref — verplicht, non-R-variant). Offset binary (BIN→DVCC), EP=AVSS=−12V. VCUT1-4 = U31 A/B/C/D, VCUT5-8 = U32 A/B/C/D.
• Q (unipolair): DAC128S085 octaal 12-bit (0–3V3), op de tweede SPI-keten (SCLK2/SDIN2/CS2). VQ1-8 = VOUTA-H → 13k → Q CTRL.
• FMCV (kernslot pin 5): audio-rate FM van de front-jack (via de backbone-attenuverter) → on-card buffer → per stem 100k op de EXPO-knoop.

Tune (B10)

OUT4 van elke stem → 4051 (TSEL0..2 selecteren de stem) → LM311 comparator → TOUT (open-drain, pull-up op de backbone). TEN (geografisch) schakelt via een 2N7002 de LM311-emitter naar GND: TEN hoog = déze kaart drijft TOUT; anders hoog-Z. De Brain pollt via CS2, de RP2040-PIO meet de periode/duty. Geen analoge tune-lijn over de bus.

Kernslot-contract v1.1 (doc/poly-analog-spec.md B7)

Haakse male 2×12 aan de onderrand (J1), plugt in de verticale female 2×12 op de backbone. Pins 1–6 spiegelen het busslot.

Audio loopt níet door dit contract: J2 = AUDIO IN, J3 = AUDIO UIT (1×10, jack8-contract: 1=GND, 2–9=stem1–8, 10=GND), verticaal op de bovenrand (tegenover de kernslot). Verticale headers = van bovenaf geplugd in de kaart-tot-kaart-gap; er is een plug-keepout omheen zodat het IDC-huis vrij ligt (de lage 0603's ernaast lopen er in Z onderdoor).

Kanaalmap (firmware)

De tune-mux-Y's zijn geografisch gemapt (2026-07-21, routing): linker fysieke pinnen = helft-L (stem 1–4), rechter = helft-R (stem 5–8). Firmware- tabel TSEL-code n (=Yn) → stem: 0→6, 1→7, 2→5, 3→8, 4→1, 5→4, 6→3, 7→2.

• POR/mute: cutoff-DAC's centreren met marge (firmware); geen per-stem instelpots (B10-trimmerbeleid — het poly-probleem). Rev-0.1 legt géén DNP-trimvoetjes: de DAC-ranges + B10-tuning doen de kalibratie digitaal.

Bestukken

• JLC PCBA voor alles uit de LCSC-catalogus: 4051/DAC128S085/TL074/LM311/ 2N7002/ADR421/passieven. ⚠️ AD5754 (HTSSOP, ~€28 @LCSC) pas op een gevalideerd board (Route B) of los sourcen/consignment.
• SSI2140 (SSOP-20, Sound Semiconductor — niet bij LCSC): zelf nasolderen (drag-solder, 0,635 pitch). De SSI-plekken op de top liggen vrij; dubbelzijdige bestukking: bottom-0603's vallen bij lokaal ironwerk niet af (FR4 geleidt slecht), maar het bord ligt niet vlak → foam/fixture onder de kaart bij het nasolderen.
• Rot van alle SMD in de JLC-preview checken vóór PCBA (nieuwe placement).

Testen zonder backbone

Zie musicbrain-vcf8kern-testadapter: passief kaartje dat de kern direct op de hoofd-SPI-bus zet (MOSI→SDIN+SDIN2, SCLK→SCLK+SCLK2, IRQ→CS2), met MODE/TSEL-jumpers en een TOUT-pullup — bench-test vóór de VCF8-backbone bestaat.

Openstaand vóór fab

• Fab-pakket genereren en de JLC-preview controleren; routing en DRC 0/0 zijn afgerond.
• RP2040-PIO-SPI-slave-test (poly-spec open punt) staat los van deze kaart.
• Pole-mix-matching: AN701 waarschuwt dat stopband-diepte volledig van de weerstandstolerantie afhangt — 1%-serie minimaal; bij respin evt. array's.
• Interne niveaus (SSI ±1 V, in-attenuatie ÷5 / uit-versterking ×5) op de bench meten en het noise-budget vastleggen.

Aansluitoverzicht

De kaart heeft drie connectoren: J1 KERNSLOT (de kernslot-bus naar de Brain: SPI, LDAC, TOUT, voedingen), J2 AUDIO IN en J3 AUDIO UIT (elk 8 kanalen tussen twee GND-pinnen).

Pinouts

Bovenaanzicht van het bord (kijkend op de pinnen); pin 1 = vierkant. Gegenereerd uit het bordbestand met hardware/kicad-generators/pinout_svg.py.