This article is documentation of M110 chip that was used in Italian synthesizers like SIEL Cruise, SIEL Mono and Jen SX1000 in late 70’s / early 80’s.

SGS M110 integroitu piiri

SIEL Cruise MONO-puolen sydämenä on SGS M110 IC. Piiri alkaa olla vaikeasti saatava; Ebayssa niitä on (tilanne 01/2025) jäljellä n. 1 kpl NOS:na.

M110 pääominaisuudet

MONOPHONIC SYNTHESIZER

• LOW POWER DISSIPATION < 500 mW TYP.
• N-CHANNEL SILICON GATE PROCESS
• DIGITAL PORTAMENTO EFFECT
• EXTERNAL CONTROL (WITH RC) OF THE PORTAMENTO SPEED IN THE 100 µs TO 150 ms RANGE FOR EACH HALF TONE
• EXTERNAL OSCILLATOR FOR PORTAMENTO (EXT. OSC.)
• STANDARD SUPPLY (12V, GND)
• MATRIX ORGANIZATION 12 × 6 WITH 61 POSITIONS FOR THE KEYBOARD AND 6 COMMANDS
• RESET INPUT FOR FREQUENCY CLAMP
• PRIORITY LEFT OR RIGHT OF THE PRESSED KEYS
• 3 CODED OUTPUTS FOR THE OCTAVE INFORMATION OF THE PLAYING FREQUENCY
• 2 TRIGGER SIGNALS TP AND TS FOR PERCUSSION AND KEY PRESSED
• 1 OUTPUT WITH DC CURRENT PROPORTIONAL TO THE PLAYING FREQUENCY
• 1 OUTPUT WITH PULSE FOR FALLING EDGE OF THE EXTERNAL SAWTOOTH WAVEFORM (20 µs)
• SAWTOOTH WAVEFORM SELECTABLE (4′, 8′, 16′, 32′)
• PROVISION FOR OBTAINING SAWTOOTH WAVEFORMS WITH FEW EXTERNAL COMPONENTS ON THE 4′, 8′, 16′, 32′ FOOTAGES
• 1 OUTPUT WITH FOOT AND DUTY CYCLE ON FOLLOWING COMMANDS
• 4 OUTPUTS WITH 50% DUTY CYCLE (2′, 4′, 8′, 16′)

The M110 is realized on a single monolithic silicon chip using low threshold N-channel silicon gate MOS technology. It is available in a 40 lead plastic package.

M110 lohkokaavio

M110 mechanical data

Dimensions in mm

M110 YLEISET OMINAISUUDET

Tämä piiri sisältää:

Pin 2, 3, 4, 5, 6, 7, 35, 36, 37, 38, 39, 40
F1–F12: lähtöjä sävelten valintaa varten, joissa on 22 kΩ ulkoinen ylösvetovastus. Suurin sallittu ulkoinen kapasitanssi on alle 500 pF. Kun lähtöä ei ole valittu, se on korkeassa tilassa. M110:n virallisen ohjeen mukaan korkea tila on +12 V, mutta SIEL käyttää +6 volttia ja omassa yksilössäni +6 VDC on oikeasti +5,8 VDC. Kun kosketin painetaan alas, laskee jännite 0,2 – 0,2 V, suunnilleen 5,6 volttin.

Pin 29, 30, 31, 32, 33, 34
B1–B6: tulot oktaavin valintaa varten, joissa on 5,6 kΩ ulkoinen ylösvetovastus, jotta ne ovat korkeassa tilassa silloin, kun niitä ei ole valittu.

Pin 12

L/R-tulo valitsemaan prioriteetti vasemmalle tai oikealle.
– Jos prioriteetiksi valitaan oikea, ulostuloon tuodaan painetuista koskettimista oikeanpuoleisimman suhteellinen sävel.
– Prioriteetti vasemmalle mahdollistaa yhden koskettimen valinnan ensimmäisistä 12:sta painetusta, aloittaen vasemmalta.
– Sisäinen ylösvetovastus on noin 200–350 kΩ.

Pin 15

BC: tulo prioriteettikosketinta varten, jos prioriteetti on vasemmalle.

Pin 11

Kello: tulotaajuus sävelten generointiin.
(Järjestelmän sisäinen logiikka tarjoaa saman tarkkuuden kuin TOS-M087–M083.)

Pin 9, 8
Ex Osc-RC -liitäntä kellolle portamentoa varten:
– Pinniin 9 voidaan kytkeä ulkoinen neliöaaltogeneraattori, jolloin enimmäistaajuus on noin 160 kHz. Työsuhde voi olla mikä tahansa, kunhan ”0”- ja ”1”-tilojen minimikesto on 2 µs.
– Toinen tulo (pin 8) on tarkoitettu ulkoiselle RC-piirille, jolloin sisäisen oskillaattorin taajuutta voidaan säätää vastuksella R. Suurin taajuusarvo, joka pinnillä voidaan mitata, vastaa jakson pituutta T = 6 µs. Kun R = 2,2 MΩ (potentiometri) ja C = 4,7 nF, saadaan T_min ≈ 8 µs ja T_max ≈ 14 ms. Vastaava portamentoaika kahden koskettimen välillä koskettimiston ääripäissä on noin 7 ms vähimmillään ja 12 s suurimmillaan.
– Kahden puolisävelaskelen (semitonin) välinen portamentoaika voidaan määrittää seuraavalla kaavalla:
Portamentoaika = 16 × oskillaattorin jaksoaika
– Kumpaakin oskillaattoria ei saa käyttää samanaikaisesti; toisen käyttö sulkee pois toisen. Se oskillaattoritulo, jota ei käytetä, on kytkettävä V_SS-jännitteeseen.
– Kahden koskettimen välinen portamentoaika on verrannollinen niiden väliseen etäisyyteen, mikä tarkoittaa, että portamento-/kosketinmuutos etenee lineaarisesti.

YLEISET TIEDOT

Koskettimen päivitys (painalluksen ja suhteellisten lähtötietojen tuottamisen välillä) tapahtuu 0,5 ms:n kuluessa.
Kun kaikki painetut koskettimet vapautetaan, muistiin jää aikajärjestyksessä viimeksi vapautettu kosketin. Tämän seurauksena ulostuloon tallentuvat sen suhteellinen taajuus ja virta (OUT DC).
Jokainen kahden vierekkäisen puolisävelaskelen välinen alue jakautuu kahdeksaan taajuuteen.
Kahden peräkkäisen taajuuden välinen suhde on .

Oktaavikoodit binäärisesti

OA	OB	OC
1	1	1 alin oktaavi
0	1	1
1	0	1
0	0	1
1	1	0
0	1	0 ylin oktaavi

Yksi neljästä mahdollisesta toiminnosta valitaan komennoilla, jotka on kytketty koskettimiston diodimatriisiin.

Pin 10
Reset Sync tulo, jota tarvitaan, kun käytössä on useita SGS-ATES-laitteita, joilla kaikilla on sama skannaustapa. Tällöin kuhunkin koskettimeen tarvitaan vain yksi kontakti. Muussa tapauksessa se kytketään V_SS-jännitteeseen.Pin 16

Reset-tulo (aktiivinen korkea), vaikuttaa 2’, 4’, 8’, 16’ -lähtöihin. ’foot duty’ sykli on ohjelmoitavissa. Lähtöimpulssi on 20 µs.

Pin 28, 27, 26
OA–OB–OC: käytetään valitun sävelen oktaavin binäärikoodiin. Suurimman painoarvon koodi vastaa alinta oktaavia. Nämä kolme lähtöä ovat push-pull-tyyppisiä.

Pin 25
Lähtö, jossa jalkuaste ja työsykli voidaan ohjelmoida; digitaalinen lähtö, jossa on 4 mahdollista toimintoa: 8’–25 %, 16’–6,25 %, 8’–12,5 % ja 16’–12,5 %.
Vain yksi toiminto voidaan valita kerrallaan koskettimiston diodimatriisiin kytketyillä komennoilla (push-pull).

Pin 20
20 µs:n pulssi: ulostulo saw-signaalin nollaamiseksi, jonka kesto on 16–24 µs 2 MHz:n kellolla (push-pull).

Pin 13

TS: painetun koskettimen lähtö; korkea silloin, kun koskettimia ei ole painettuna, matala painettuna (push-pull).

Pin 14
TP: prioriteettikoskettimen lähtö; korkea, kun koskettimia ei ole painettuna, matala prioriteettitilanteissa (tässä tapauksessa lähtö laskee nollaan ajaksi 8 ± 0,6 ms, kun kello on 2 MHz) (push-pull).

Edellytykset impulssin syntymiselle tässä lähdössä:

Vähintään yhden koskettimen painaminen.
Uuden prioriteettikoskettimen painaminen.
Prioriteettikoskettimen vapauttaminen, kun aiemmin painettu toinen kosketin saa prioriteetin.

Pin 21, 22, 23, 24
2’, 4’, 8’, 16’: neliöaaltolähdöt (push-pull), joiden työsykli on 50 %. Näillä neljällä oktaavilla (2’, 4’, 8’, 16’) suurimmat taajuudet ovat 8372 Hz, 4186 Hz, 2093 Hz ja 1046 Hz. Lähtö kytkeytyy nousureunassa.

Pin 19
DC: lähtö, joka tuottaa taajuuteen verrannollisen virran, eli virran arvo kasvaa eksponentiaalisesti koskettimen sijainnin myötä.

Pin 18
Vreg: tulo, joka tarvitaan OUT DC -virran ja saw-signaalin amplitudin kalibroimiseen eri laitteissa.

MATRIISIN JÄRJESTELY (kosketinmisto ja ohjaimet)

Alla olevassa taulukossa sarakeotsikot B1–B6 ovat M110:n oktaavipalkin tulot ja rivit F1–F12 M110:n matriisilähtöjä. Oikeanpuoleinen sarake kuvaa vasemmanpuoleisen prioriteetin (BC) valintaa.

M110-matriisin lähtö	B1	B2	B3	B4	B5	B6	Vasemmanpuoleisen prioriteetin valinta (BC)
F1	(*) C1	C2	C3	C4	C5	(*) C6	1. kosketin vasemmalta
F2	C1#	C2#	C3#	C4#	C5#		2. kosketin vasemmalta
F3	D1	D2	D3	D4	D5		3. kosketin vasemmalta
F4	D1#	D2#	D3#	D4#	D5#		4. kosketin vasemmalta
F5	E1	E2	E3	E4	E5	P1 (***)	5. kosketin vasemmalta
F6	F1	F2	F3	F4	F5	P2 (***)	6. kosketin vasemmalta
F7	F1#	F2#	F3#	F4#	F5#		7. kosketin vasemmalta
F8	G1	G2	G3	G4	G5		8. kosketin vasemmalta
F9	G1#	G2#	G3#	G4#	G5#	(**) sawtooth 32′	9. kosketin vasemmalta
F10	A1	A2	A3	A4	A5	(**) sawtooth 16′	10. kosketin vasemmalta
F11	A1#	A2#	A3#	A4#	A5#	(**) sawtooth 8′	11. kosketin vasemmalta
F12	B1	B2	B3	B4	B5	(**) sawtooth 4′	12. kosketin vasemmalta

(*) C1 on koskettimiston ensimmäinen kosketin vasemmalta, C6 viimeinen kosketin oikealta.
(**) Tämä ohjain valitsee OUT DC:n (pinni 19) tuottaman sahanhampaan oikean pulssin.
*(***) P1 ja P2 ovat ohjaimet foot – ja duty-sykliohjattuun lähtöön.

12 x 6 matriisi

Antibounce Circuit

Antibounce‐aikaa voidaan säätää vaikuttamalla vakioihin R1–C1 (antibounce näppäimen painalluksessa) ja R2–C2 (antibounce näppäimen vapautuksessa). Laitteen kytkentäkaaviossa on toteutettu 18 ms:n antibounce: C1 = C2 = 18 nF ja R1 = R2 = 1 MΩ. Aikavakioiden ei kuitenkaan tule olla 12 ms. Antibounce-piiri tuottaa joko korkean tai matalan tason prioriteettinäppäimen sekä näppäimen painallussignaalit, jotka ovat yhteensopivia vaadittujen teknisten ominaisuuksien kanssa.

Saha-aaltojen luominen

Neljää saha-aaltosignaalia (4’, 8’, 16’, 32’, jotka vastaavat oikeanpuoleisen viimeisen näppäimen kohdalla taajuuksia 4186 Hz, 2093 Hz, 1046 Hz ja 523 Hz) tuotetaan analogisina lataamalla (vakiovirralla) ja purkamalla neljä ulkoista kondensaattoria. Tuloksena syntyy alla esitetyn kaltainen virtapeili.

Saha‐aallon referenssi on V_SS.
Parhaat tulokset saavutetaan käyttämällä T1‐ ja T2‐transistoreita, joissa on korkea h_FE ja jotka on sovitettu keskenään. R‐vastusten tarkkuuden on oltava 0,5–1 %.
Saha‐aallon amplitudin suurin vaihtelu (koko koskettimiston alueella) on ±4 %.

KALIBROINTI
a) Paina näppäintä 61.
b) Säädä Vreg, kunnes OUT DC on 9 V (± 3 %).
c) Näissä olosuhteissa saha‐aallon amplitudi on 4 V ja Vreg = 5 V ± 30 %.
d) Näissä olosuhteissa R:n arvon on oltava 1600 Ω.
e) OUT DC ‐jännite ei saa laskea alle 9 V (± 3 %); tämä tarkoittaa, että suurin jännite‐ero 1. ja 61. näppäimen välillä on 3 V.
f) Jos koko koskettimiston alueella tarvitaan alle 3 V:n OUT DC ‐tason vaihteluita, R:n arvoa on pienennettävä suhteessa uuteen OUT DC ‐arvoon. Esimerkkinä joitakin käytännön arvoja:

OUT DC R
3 V 1600 Ω
2 V 1066 Ω
1,5 V 800 Ω

Vastusarvot ovat suhteellisia OUT DC:hen verrattuna.

Tätä sääntöä on noudatettava taajuus/jännite‐lineaarisuusvirheiden välttämiseksi.
R:n arvon on oltava 100–1600 Ω.
Koko koskettimiston virta/taajuus‐muunnoksessa ja näin ollen saha‐aallon amplitudin vaihtelussa saavutetaan 4 %:n tarkkuus.
Kun R:n arvo ja suurin OUT DC ‐arvo on määritetty, OUT DC voidaan pitää vakiona missä tahansa laitteessa säätämällä ainoastaan Vregiä.
Vregin ottoon käytettävä vastusjako on mitoitettava seuraavien sääntöjen mukaisesti:
1. P1 // R1 < 5 kΩ
2. P1_max / R1 = 4…5

Neljälle kondensaattorille ehdotetut arvot ovat seuraavat:

4’C = 0,107 µF
9’C = 0,214 µF
16’C = 0,429 µF
32’C = 0,858 µF

M108:n ja M110:n samanaikainen käyttö vain yhdellä koskettimistolla per kosketin

Sovellus
M108 ja M110 käyttävät samaa liitäntää koskettimistoon, joten yhden näppäimen ohjaamiseen riittää vain yksi kosketin: toinen laitteista toimii master‐laitteena, ja sen F1–F12‐lähdöt kytketään koskettimiston kytkimiin. Toinen laite toimii slave‐laitteena ja vastaanottaa tiedot väylässä B1–B6 yhdessä masterin kanssa. Synkronointi tapahtuu reset‐ (sync.) nastan kautta.