Projet de Drive DIY CDM1 basé sur le Marantz CD54 (Part. 1)


Attention !

J ‘ai écrit cette article à l’époque où je découvrais le fonctionnement des lecteurs de CD.

Je n’ai pas pris la bonne piste en essayant de remplacer le quartet des chips SAA70xx par le duo SAA7210 et SAA7220.

On m’avait dit c’est impossible d’en faire un drive car le CD54 ou le CD104 marchent avec 14 bits, or il en faut 16 pour la sortie S/PDIF d’un DAC.

Qu’à celà ne tienne , je vais prendre des chips SAA72xx qui utilisent les 16 bits.

Mais on tombe vite sur un problème : les SAA70xx travaillent avec le Subchannel P et les SAA72xx avec le channel Q ( différence visible sur le mode d’affichage des pistes beaucoup plus succint sur les premiers lecteurs ) le microprocesseur du CD54 ou du CD104 ne savent pas gérer les données extraites du subchannel Q.

Il y a aussi quelques différences sur d’autres signaux.

Comme d’autres avant moi, j’ai fini par laisser tomber l’idée devant ces problèmes insurmontables..

Mais je laisse ces articles, car c’est une bonne incursion dans le fonctionnement des lecteurs de CD. L’idée de le transformer en drive a été une bonne motivation pour pousser cette opération de débroussaillage.

Deux ans plus tard, j’en ai appris pas mal sur les lecteurs de CD et en particulier sur le S/PDIF.

Il suffit de rajouter un encodeur S/PDIF à notre CD54 ou CD104, pour le transformer en drive. Selon la configuration et les possibilités de l’encodeur choisi, il fonctionnera en 14 bits en ajoutant deux zéros derrière, ou en 16 bits, car le SAA7030 qui lit le code 16 bits issu du CD est configurable par une pin en 14 ou 16 bits. Mais je n’avais pas le datasheet ou alors j’ai zappé l’info.

Voir mon article sur le S/PDIF.

Un jour je reprendrais ce projet de drive avec une CDM1 et ses SAA70xx, en suivant cette nouvelle piste.

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J ‘ai acheté ce lecteur de CD Marantz pour sa mécanique CDM1.

C’est presque un jumeau du Philips CD 104, il date de 1985, la première génération de lecteurs de CD.

Philips avait sorti un premier DAC le TDA1540 en 14 bits, alors que les CD sont enregistrés en 16 bits, c’est SONY qui l’a imposé, ayant prévu d’utiliser des DAC 16 bits.

L ‘avantage du 16 bits est qu ‘on aura plus de détails puisque le bit de poids faible représente une tension quatre fois plus faible, qu ‘en 14 bits. Le son HD est en 24 bits, avec des fréquences d’échantillonnage plus élevées.

Mais il faut se remettre dans le contexte de l’époque, la technologie existait dans les divers domaines professionnels, mais à des prix astronomiques , or le CD avait l’objectif de devenir un support populaire, donc avec une technologie grand public, moins performante. Cet objectif a été atteint en quelques années.

Si on veut faire un Drive, les nouveaux DAC étant en 16 bits ( exemple le TDA1541, qui équipe le Marantz CD 94, on ne peut pas utiliser le décodage du CD 54 en 14 bits sur un DAC 16 bits, il n’a pas d’ailleurs de sotie numérique S/PDIF, comme le Philips CD104, pour le raccorder à un DAC externe.

Une autre difficulté :

Les lecteurs de CD haut de gamme de la génération suivante, avec deux cartes comportent une carte numérique et une carte analogique : le DAC, suivi de l’étage analogique (amplis OP ), avec des alimentations séparées.

Parfois avant le DAC sur la carte analogique il y a un filtre numérique, et le sur-échantillonage pour faciliter la réalisation du filtre analogique en sotie du DAC.

La carte numérique a deux fonctions principales :

– extraire le signal audio des trames numériques en sortie de la cellule de lecture du CD.

– piloter le moteur de CD :

La piste de lecture étant une spirale, son diamètre varie constamment. Or on doit lire les bits gravés sur le CD avec une vitesse linéaire constante. Aussi la vitesse du moteur de CD varie constamment entre le début du CD et la fin.

– piloter le moteur radial ( sur la CDM1 ), un moteur basé sur le principe des galvanomètres, pour que la tête de lecture suive la piste en forme de spirale.

– piloter la bobine de Focus ( un ajustement de la lentille du faisceau laser).

Or ce n’est pas l’organisation qui a été retenu dans la première génération de lecteurs de CD, équipés de deux cartes. Ils comportent :

– une carte Servo

qui se contente de piloter la CDM1 ( moteur CD, Focus et Suivi de piste).

– une carte Décodeur qui

extrait la piste audio des trames numériques en sortie de la cellule.

convertit le signal numérique en analogique avec le DAC.
amplifie et filtre le signal analogique.

Voilà le schéma bloc du CD 54 avec ses deux cartes principales :

CD 54 Block Diagram

On ne peut pas enlever la carte supérieure la carte SERVO, on en a besoin pour piloter la CDM1.

On ne peut pas enlever la carte inférieure : la carte décodeur, même en faisant abstration de l ‘alimentation, du DAC et de l’étage analogique dont on a pas besoin dans un Drive.

CD54 Carte Decodeur

En effet c’est elle qui extrait les bits du signal audio parmi les trames numériques en sortie de la tête de lecture.

Le coté compact du CD 54, n’offre pas une bonne accessibilité des composants, pour faire des tests.

Pour ce décodage la première génération de lecteurs de CD Philips & Marantz utilisait un « Quartet » de chips ( en jaune sur le schéma ):

CD54_Ensemble _Decodage

SAA7000

SAA7010

SAA7020

SAA7030

et en complément le DAC TDA1540 (en 14 bits ).

Une autre difficulté : on ne trouve pas le datasheet des SAA7000 et SAA7010.

D ‘autres lecteurs de CD « Haut de gamme » utilisent la méca CDM1 avec un DAC TDA1541 16 bits :

Voir ce lien : http://vasiltech.nm.ru/files/cd-players/CD-Player-DAC-Transport.htm.

Le problème des TDA1541, est qu ‘il y a trois niveaux de qualité ( sans couronne, une couronne et deux couronnes ) avec de nombreux clones qui n’ont pas la qualité affichée.

Dans un premier temps, mon PC équipé d’une entrée S/PDIF optique, et d’une carte son HD, fera office de DAC externe pour faire les essais.

Oui, bien sûr je m’embête à faire un CD transport ( un Drive ) à l’heure de la musique dématérialisée, mais je préfère les CD avec leur jaquette aux fichiers informatiques, et je suis émerveillée par la CDM1.

Quand à la fiabilité du matériel et des systèmes informatique ????

Parmi ces lecteurs en CDM1, il y a le Marantz CD 94 et d’autres comme le Drive Wadia 3200 ; voir ce lien très utile : http://vasiltech.nm.ru/files/cd-players/CD-Player-DAC-Transport.htm

Mais ils se vendent à des prix astronomiques : 1380 € sur cette annonce.

CD 94 cote

Alors qu ‘on trouve un CD 54 pour pas très cher :

Marantz CD 54 cote

Bien sûr il y a une grande différence d’esthétique, mais est ce important ?

D ‘autre part il s’agit de faire un drive, pour tester divers DACs externes.

La différence entre les deux vient du passage au 16 bits au lieu de 14 et se limite dans le cas d’un drive à l’utilisation de SAA7210 et SAA7220 ( achetés 52 € avec le port ), à la place du « quartet » SAA70xx.

DEMO_ERCO_FILT_DAC

Voici la réalisation concrète du synoptique sur la carte Décodeur du Marantz CD 94.

CD94_DEMO_ERCO

D ‘autre part, comme pratiquement tous les lecteurs de CD, qui sont passés entre les mains de TVC Audio, pour en faire un drive Très haut de Gamme, il faut changer la sortie S/PDIF et remplacer l’horloge par une horloge ultra stable ( avec son alimentation propre )

http://tvcaudio.com/tvc/Marantz/MarantzCD94.html

Une difficulté surgit !

Les deux chips SAA7210 et SAA7020 sont reliés au « µproc servo » du CD 94.

Or le « µproc servo » du CD 54 différent est relié aux « Quartet SAA7000/10/20/30.

Bien sur on peut cloner la carte Servo du CD 94, pour remplacer celle du CD 54 ; mais ce sont des µprocs génériques et ils ne sont pas programmés pour un modèle de lecteur de CD et on a pas le code.

Il faudrait vampiriser le µproc servo d’un CD 94 en panne, mais il ne sera pas compatible avec le µproc Principal qui gère le pupitre de commande et d’affichage.

Il faut donc faire l’inventaire de ces signaux, entre µproc servo et chips de décodage, et comparer les deux modèles CD 54 et CD 94.

Commençons par le CD 94 avec les datasheets des SAA7210, puis SAA7220.

DEMO_ERCO_FILT_DAC

SAA7210_QChannel

On voit un premier groupe de signaux : QDATA QRA et QCL

Ils vont sur une boite appellée SUBCODING PROCESSOR

Quès aqo ?

Rappellez- vous l’encodage des CD.

Encodage CD AUDIO

C ‘est l’octet rouge qui a été ajouté au signal audio.

Que contient -il ? huit bits :))

Mais encore ?

Ces huit bits correspondent à 8 canaux de données, normalisés:

Ce sont les chanels P Q R S T U V W .

Seuls les canaux P et Q sont utilisés, les autres sont en réserve.

Ainsi on va parler de P-Channel, de Q-Chanel.

En fait la tête de lecture lorsqu ‘elle arrivera sur cet octet, ne lira qu’ un seul bit de chaque canal.

Il faudra en faire défiler 98 pour avoir la donnée complète du canal.

Le Subchannel P contient un drapeau de coupure de musique simple. Celui-ci peut être utilisé par les CD-Spielern, pour sauter des coupures. Cette caractéristique n’est pas soutenue cependant par quelques appareils.

Le Sub Chanel Q

Les 98 Q-Channel-Bits d’un bloc ont la construction suivante :

– 2 bits synchronisation

– 4 bits ADR : la valeur indique, quelles données des Q-Channel dans ce secteur contient.

– 0 = pas de Q-Channel-Daten
– 1 = informations de position (voir vers le bas)
– 2 = numéro de catalogue médiatique (p. ex. UPC ou EAN)
– 3 = ISRC

– de 4 à 15 = réserve

– 4 bits bits de contrôle :

– Bit 0 : 1: Audiodonnées Preemphasis, 0:
– Bit 1 : = 1: La copie numérique permise, = 0 : Interdire la copie numérique
– Bit 2 : = 1: Trace de données, = 0 : Purement( ??? )
– Bit 3 : = 1: Audio de canal quatre (Quadrophonie), = 0: Audio de canal de deux (stéréo+).

Si le Q-Channel contient des informations de position, ceux-ci sont codés comme suit :

8 bits numéro de plage
8 bits indice point
24 bits adresse de secteur (relativement au début de plage )
8 bits réserve (0)
24 bits adresse de secteur absolue
16 bits CRC- Somme de contrôle.

Bien entendu les données du Q-Channel vu leur contenu n’ont rien à faire dans le DAC

Une trame sur le CD Audio entre deux signaux de synchronisation, débarrassée de l’encodage EFM contient :

2 x 12 octets de zique ( soit 12 échantillons Droite et Gauche )
2 x 4 octets de code d’erreur
1 octet de contrôle Subchannels

Soit 33 octets.

Il faut donc 98 trames pour avoir le Q-Channel en entier, soit 3234 octets lus sur le CD.

Cela forme un Bloc ou un Secteur.

Du point de vue Audio, un secteur correspond à 1/75 de seconde de musique.

L ‘adressage absolu d’un secteur se fait sur 24 bits dans le Q-Channel, on peut adresser jusqu ‘à 2^23secteurs.

C ‘est le 7210 qui gère le Q-Chanel.

Le Q-Channel du 7210 va stocker les 98 bits du Q-Channel, et lorsque le Servo aura besoin de savoir où est la tête, il demandera au SAA7210, qui les lui envoie à la suite par une liaison série.

Qchannel Hand Shake

Si on retrouve un Q-Chanel sur tous les CD, selon les marques et modèles et composants de décodage, les signaux du gestionnaire de Q-Chanel ne portent pas les mêmes noms et la connection Physique et la communication diffèrent.

Hélas je n’ai pas le datasheet du SAA7010, pour voir comment c’est fait dans le CD 54, et comment ça fonctionne.

Je dois me contenter du schéma et faire des contrôles de ces échanges à l’oscilloscope sur le CD54 avec le SAA7010.

Après il est toujours possible d’insérer un circuit pour adapter au protocole du Servo du CD 54 si je le conserve.

Le schéma du CD 54 :

Hélas le SAA7010 décode seulement le P-Channel.

Comme il est dit dans l’article sur les Subcodes pour les premiers lecteurs.

C ‘est vrai que son affichage est simple, il n’affiche pas la durée des plages, mais le temps écoulé depuis le début de la lecture d’une plage.

SAA7010 P-Chanel

Le signal P-Bit part sur un connecteur vers la carte Servo où il est géré par le µ processeur.

CD54 Servo P-Bit

Ca ne devrait toutefois pas empêcher de lire l’ Audio du CD, pour vérifier que le tandem SAA7010 et 7020 fonctionne..

Le lecteur démarre sur le secteur d’adresse 00000000000.

A vérifier en débranchant le fil P-Bit de la nappe du CD 54..

Voyons les autres signaux :

MSC Motor Speed Control

Extrait du Datasheet du SAA7210 :

SAA7020_ Motor_Speed_Control

Sur le CD54 , c’est le SAA7020 Correcteur d’erreur (Q510) qui contrôle la vitesse du moteur, par des impulsions tout à fait différentes.

Ce peut être bloquant !!!!

SAA7020_MCES

Mais , peut être une chance, le signal MSC du 7210, (un PWM ), pilote directement l’asservissement ( étage analogique) du moteur de CD, sans passer par un microprocesseur.

mettre le bout de schéma.

Pour continuer sur le moteur , c’est un moteur synchroneà aimant permanent « outrunner » ( rotor extérieur , la cloche ), piloté en vitesse, donc en tension.

Il possède sa propre carte montée sur la mécanique du CDM1.

Deux capteurs hall, placés à 90 ° sous le rotor font la commutation des phases pilotée de façon synchrone par la position du rotor, puisque c’est un moteur alternatif synchrone..

Les capteurs Hall sensibles au champ magnétique dont le signal varie selon la position du rotor, donc de sa vitesse, n’interviennent pas dans l’asservissement.

La boucle de régulation est refermée par le débit des bits lus sur le CD.

Vu le mauvais découpage des cartes pour en faire un drive, j’avais l’intention de refaire une carte asservissements pour les moteurs avec une alimentation séparée de celle du décodage.

Je souhaite réaliser un bloc d’alim externe , en séparant les alimentations moteurs, servo et décodeur,avec des transfos séparé.

Ca prend de la place. Je pourrais également reloger la carte de commande du moteur tiroir, vissée sur le capot du mécanisme du tiroir, elle gène beaucoup pour accéder aux cartes.

Voyons comment est piloté le moteur du CD dans le CD54 :

Le problème est de lire les bits gravés, avec une vitesse linéaire constante, or les bits sont gravés sur une piste en spirale, aussi la vitesse du moteur de CD, contrairement à une platine vinyle, n’est pas constante.

Le circuit décodeur, compare le débit des bits lus ( grâce aux nombreuses transitions dues à l’encodage EFM ) avec une horloge. ce débit doit être constant. la lecture du part du centre du CD en allant vers le bord, le rayon augmente, donc le débit augmente, aussi le circuit de pilotage du moteur doit le ralentir.

L ‘asservissement de vitesse doit être assez précis, mais il y aura toujours de petites variations de vitesse. Elles seront inaudibles, car on stocke les trames audio dans une RAM, pour les débrasser, mais la lecture de la RAM est calée sur l’horloge, elle enverra donc les échantillons à débit constant vers le DAC.

Autres signaux :

Voir la suite ici :

https://passionhifivintage.wordpress.com/2012/02/03/projet-de-drive-diy-cdm1-base-sur-le-marantz-cd54-2/

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6 commentaires pour Projet de Drive DIY CDM1 basé sur le Marantz CD54 (Part. 1)

  1. Syn Jana dit :

    I wish I spoke your language… It seems to be an interesting project…

  2. Dominique dit :

    Salut.
    J’ai le même problème (Philips CD104 avec CDM1 -> TDA1541). Par contre, je dispose des datasheets des circuits SAA 7000, 7020 et 7030 en pdf. Si vous êtes intéressé, laissez moi une adresse mail pour que je vous les fasse suivre. Bon courage.

  3. jacqueline73 dit :

    Merci, je vous ai envoyé un mail.

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