Tkmem128-ii

TKMEM-128 II

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: placas fabricadas e conferidas eletricamente, ainda não montadas. ERC e DRC estão zerados, a netlist foi conferida contra a intenção de projeto, e as duas placas voltaram da fábrica em setembro de 2026 com todas as ilhas aprovadas no teste de continuidade. O que ainda não foi feito: montar os componentes e ligar 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.

Este projeto é uma derivação

Ele não inventa o circuito: junta e redesenha dois trabalhos anteriores.

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 que a placa faz

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.

Mapa de memória

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_6b do Velesoft. Circula junto com a nossa em outros repositórios, e é fácil confundir com uma versão melhor. Não é: a serigrafia da placa dela diz MEMORY UPGRADE FOR ZX 16. É para um Spectrum de 16 KB, onde a RAM inteira vem de fora — por isso as equações dela também decodificam 0x4000-0x7FFF. Este projeto deriva da EASY_3; a comparação completa, incluindo a conferência do nosso esquemático e do nosso layout contra os do Velesoft, está em docs/VELESOFT-EASY3-x-EASY6B.md.

Porta 0x7FFD

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):

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.

Compatibilidade

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:

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.py

Ele 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 em 0x8000-0xFFFF. 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 em docs/PREPARAR-O-TK.md. Num Spectrum a placa não aciona nada pelo contato 29 — mas não porque o contato seja diferente: ele é N.C. nas duas máquinas. É porque o procedimento publicado para o Spectrum amarra o pino do mod ao +5 V do próprio CI, sem trazer fio até o conector. Levar o truque do TK para lá é a mesma topologia, e esbarra numa diferença elétrica — analisada aqui.

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.

As duas placas

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.

A placa principal é de 4 camadas; a tira de expansão, de 2.

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.

E fabricadas

Primeira tiragem, setembro de 2026. Todas as ilhas passaram no teste de continuidade — as placas ainda não foram montadas nem ligadas num micro.

O verso cumpriu o que o render prometia: as três tabelas de jumper e a nota do R4 ficam legíveis a olho nu com a serigrafia de 1,2 mm — que é o ponto de tê-las na placa em vez de só aqui.

A tira mostra os dois itens do formulário que não viajam nos gerbers (item 0 do ANTES-DE-FABRICAR) tendo saído certos: os dedos vieram com ENIG e com o chanfro de 45°. O entalhe na borda de baixo, à direita do centro, é o rasgo da guia — aprofundado de 5,0 para 7,0 mm depois da conferência em papel.

O que mudou em relação ao original

Configuração dos jumpers

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. R4 mantém 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.

Lista de material

Placa principal

Equivalentes para U3 (a SRAM)

O projeto não depende de um fabricante. Serve qualquer SRAM 128K×8 de 5 V em DIP-32 na pinagem JEDEC de 1 Mbit — que é a pinagem padrão dessa família: /CS1 no 22, /OE no 24, /WE no 29, CE2 no 30, VCC no 32, GND no 16.

⚠️ Uma 62256 não serve. É 32K×8 (256 kbit) em DIP-28 — outra capacidade e outro encapsulamento. A confusão é fácil porque a numeração parece próxima.

A única divergência real entre essas peças é o pino 30, e vale conferir no datasheet da que você comprou:

Isso funciona porque /SA17 é uma saída invertida do GAL:

/SA17 = A14 * A15 * BANK3 * /ZX512

Com JP3 aberto, o pull-up põe ZX512 em alto, o produto zera e o pino 30 fica fixo em nível alto — exatamente o CE2 que a memória espera.

⚠️ Com uma 128K×8, JP3 fica aberto — sempre. Fechado por engano, o pino 30 deixa de ser nível fixo e passa a receber /SA17 paginado: toda vez que o software escrever BANK3=1 na porta 0x7FFD, o pino cai para nível baixo e desabilita a RAM em 0xC000. A falha é intermitente e depende do jogo, que é o pior tipo de falha para diagnosticar.

Velocidade é indiferente. Peças dessa família vão de 55 a 100 ns, e a 3,5 MHz há mais de 500 ns entre o endereço ficar válido e o Z80 amostrar o dado. Até a mais lenta sobra.

Procedência importa mais que velocidade. As descontinuadas circulam como estoque antigo e SRAM antiga é alvo comum de remarcação. Se o preço for parecido, prefira a peça em produção.

No modo 512 KB

Aí a peça tem que ser uma 512K×8 de verdade — AS6C4008, HM628512, TC554001, IS61C4008 — porque o pino 30 passa a ser A17 e o pino 1, A18. E JP3 fecha. Ver Modo 512 KB.

Tira de expansão

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.

Montagem

Guias detalhados:

• docs/PREPARAR-O-TK.md — desativar a RAM interna de 32K
• docs/MONTAGEM.md — ordem de montagem, guia do conector, caixa
• docs/ANTES-DE-FABRICAR.md — conferências obrigatórias
• docs/VELESOFT-EASY3-x-EASY6B.md — as duas variantes do circuito original, e por que este projeto usa a EASY_3

Dois pontos que costumam pegar quem monta:

1. 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.
2. 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.

Fabricação

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.

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.

Gravando o GAL

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 GAL20V8B, ATF20V8B e PALCE20V8H — mas escolha no software o dispositivo que você tem de verdade: o mapa de fusíveis é o mesmo, o algoritmo de gravação não.

A ROM do Spectrum 128

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.bin

A 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.

Estrutura do repositório

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.

Estado da verificação

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.

Licença

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.