PHILIPS_CD

Il y a quelques temps, j'ai récupéré un lecteur laser de marque PHILIPS. Il s'agit d'un modèle de petite taille type « mini chaine », le CD 371.

Sorti dans les années 85-90, ce lecteur constitue une entrée de gamme que je me proposais de « bricoler », histoire de voir un peu....

Quelle ne fut pas ma surprise de voir que cet appareil fait appel au mythique convertisseur TDA1541A. Je tenais enfin une base solide pour tester et « tweaker » un lecteur CD.

Avant tout, faire un état des lieux. Je branche donc le lecteur. Bilan, il fonctionne tout à fait normalement. Seul l'afficheur à leds comporte quelques segments défectueux, ce qui semble être la maladie classique de ce type d'appareils. Coté son, je l'ai raccordé à mon PP_6BM8 lui même branché sur mes TQWT et l'ensemble est très honnête.

Me voila donc avec un cobaye sur lequel je compte bien tester différentes modifications vues de-ci de-la sur le net. L'idée générale est la suivante:

Puis, si les résultats sont encourageants, refaire un boitier incorporant le lecteur et ses modifications.

NOTA: je tiens à ce que les modifications soient réversibles et si possible commutables pendant la lecture d'un CD.

Impossible de mettre la main sur le Service Manual de ce modèle ! Donc, on retrousse les manches, on démonte, on repère, on espionne...

A noter que l'ensemble est orchestré par le ZC 93486 P, circuit pour lequel je n'ai pas trouvé de doc mais qui est soit un processeur, soit un contrôleur qui gère l'afficheur, le clavier et qui s'interface avec les autres composants.

Les sorties analogiques du TDA 1541 A sont en courant. En l'absence de signal, chaque sortie absorbe 2 mA. Le signal est modulé sur +/- 2 mA autour de la valeur de repos. On remarquera que les sorties peuvent être mises en court-circuit sans dommage pour le composant. En revanche, il est préférable de ne pas laisser les sorties sans charge. La résistance de charge à prévoir est comprise entre 25 et 60 Ohms.

La modification nécessite de couper des pistes sur la carte. J'utilise pour cela un cuter qui permet un travail aisé (du moins tant qu'on n'a pas affaire à du CMS). Si un bout de la piste coupée doit être étamée, il suffit de gratter le vernis sur quelques millimètres.

Le schéma ci dessus montre le principe du piquage du signal. Dans la pratique, la commutation se fera soit avec un switch soit avec un relais. Il sera utile d'équiper la sortie ampli op d'un potentiomètre (ou un pont de résistances) afin d'égaliser les niveaux de sortie des deux étages. Cela dans le but de pouvoir les comparer à la volée sans être gêné par la différence de volume sonore.

On verra plus loin que la commutation ne peut pas être immédiate car à chaque commutation, on obtiendra un « plop » désagréable et néfaste pour l'ampli et les enceintes. Ce plop est lié au fait que le TDA absorbe 2 mA au repos. Sur 50 Ohms, la tension d'entrée dans l'étage amplificateur est de -100 mV. Lors de la commutation, le signal en entrée passe brutalement de 0 à -100 mV d'où un plop retentissant. Pour éviter cela, il faut prévoir une tempo de 1 à 2 secondes entre le moment ou on commute l'entrée de l'ampli et sa sortie sur les borniers RCA.

L'installation d'un filtre analogique en entrée de l'étage ampli tube est facultative. Ce filtre sert à couper les fréquences hautes (200 kHz – 300 kHz). On peut également imaginer un commutateur permettant de passer (ou pas) par différents filtres.

J'avais depuis longtemps envie de faire un étage ampli sur la base d'un SRPP. Cette configuration est intéressante car elle offre une grande dynamique et que le montage peut sans grande de modification accepter différents types de tubes. De plus, sa faible impédance de sortie est un atout appréciable pour cette application.

Les premiers essais ont été réalisés avec mon alim HT. J'ai testé plusieurs prototypes pour retenir en final le schéma ci dessous.

Sur le schéma, un seul canal est représenté. Le choix de l'ECC99 peut sembler curieux mais j'aime bien ce tube. Il est très linéaire et sonne bien. Souvent utilisé comme driver, il peut également servir comme tube de sortie pour un petit ampli ou pour un ampli casque.

J'ai profité de mon montage d'essais pour tester un SRPP de 12AX7: Le résultat est très bon. Un peu moins à mon gout qu'avec l'ECC99. En revanche, le tube 12AT7 s'est révélé nettement moins bon, surtout dans les basses. Le son est plat. Comme quoi, il est indispensable de faire un prototype avant de passer à la réalisation !

On voit sur le schéma ci dessus l'architecture typique mettant en œuvre le SAA7210P, le SAA7220P et le TDA1541A. La fonction d'oversampling (ré-échantillonnage linéaire par 4 ou 8) est assurée par le SA7220P qui à aussi pour rôle de filtrer le signal. La modification à apporter est très simple puisqu'il s'agit d'acheminer les données directement du SA7210P au TDA1541A. Il faut donc dérouter 3x3 fils et couper 3 pistes.

Voila, les fils sont déportés et reliés à un switch qui autorise le basculement à la volée entre le mode over sampling et le mode NOS.

A l'écoute, le résultat est immédiat ! En version NOS, le son est plus ouvert, les aiguës semblent plus riches et les basses plus profondes et plus dynamiques. Et pourtant, je teste tout cela dans mon atelier sur de médiocres enceintes ! Il y a une réelle différence.

Seul inconvénient mineur, le son n'est pas coupé lors des changements de piste ou de l'avance rapide. En y regardant de plus près, je vois que la fonction MUTE est pilotée par le ZC93486P et qu'elle est active dès que le lecteur n'est pas en mode lecture. Je constate également que seule la broche mute du SAA7220P est concernée. En dirigeant la fonction mute sur la broche dédiée du SAA7210P, tout rentre dans l'ordre. Affaire réglée.

La commutation à la volée permet une comparaison instantanée et c'est bien commode. Démonter, modifier, remonter et recâbler, tout cela demande une petite heure pour un résultat étonnant C'est à se demander pourquoi les constructeurs persistent à over sampler ? J'ai eu la réponse à cette question en regardant la tète du signal au scope. On voit effectivement qu'il n'y a plus de filtrage !

Les mesures sont faites en sortie de l'étage ampli du lecteur. L'amplitude du signal est de l'ordre de +/- 0.7 V.

Rien d'étonnant à cela, on retrouve bien un signal numérisé. Et on comprend pourquoi aucun constructeur n'aura le courage ou la folie de présenter de telles courbes. Imaginez un peu, à l'époque de la sortie des premiers lecteurs lasers, ce que la presse spécialisée aurait pu écrire en voyant cela !

Ce qui est surprenant, c'est que cela sonne mieux que la version filtrée ! Par curiosité, j'ai été regarder le signal aux bornes des enceintes. Effectivement, l'effet selfique des hauts parleurs fait office de filtrage. La bonne mesure serait de pouvoir enregistrer la pression acoustique délivrée par le HP et de voir ce qu'il advient des marches d'escalier.

Alors pourquoi en version NOS l'ensemble sonne t'il mieux ? Je n'ai pas la réponse. Peut être est-ce redondant d'appliquer un filtrage numérique alors que l'on hérite du filtrage de l'ampli de puissance et des HP ?

La numérisation du TDA1541A est sur 16 bits. Pour une charge de 50 Ohms, la sortie du TDA est de 100 mV et le lsb est de 0.1 / 2^16 soit 1.5 µV.
Avec un système 24 bits et dans les mêmes conditions, le lsb est réduit à 5.9 nano V. Ça laisse rêveur ! Je me demande bien quelle électronique est capable d'extraire une variation de 5 nV dans un environnement bruité. Je ne suis pas sûr que le niveau de bruit de fond d'une chaine complète soit de l'ordre de -144 db !

D'ailleurs, le premier convertisseur pour laser de chez PHILIPS numérisait sur 14 bits seulement. Et pourtant, quelques lecteurs équipés du TDA1540 sont encore bien appréciés de nos jours.
J'ai bien l'impression que pour la HIFI, il en est comme pour la photo numérique, ce n'est pas l'augmentation du nombre de pixels qui fait la qualité de l'image......

Arrivé à ce stade des essais, la conclusion qui se dégage est simple: les modifications apportent une amélioration sonore sensible. Je décide donc d'aller plus loin et d'intégrer le lecteur modifié dans un châssis digne de ce nom.
Le problème qui survient alors, c'est l'afficheur à moitié malade. Comment y remédier ?

Une recherche sur le net délivre une conclusion sans appel ! Le chip NSM4202A est connu pour flancher après 15 ou 20 ans de service, c'est un composant obsolète fabriqué exclusivement pour ce type d'application et, pour couronner le tout, ce composant intègre à la fois le driver et les leds d'affichage. Aucune réparation n'est envisageable, d'ailleurs aucune doc n'en décrit le fonctionnement.

Cet afficheur est monté sur un bout de carte qui comporte également les micro switchs du clavier. Deux connecteurs relient ce bout de carte à la carte principale. En étudiant les pistes, on devine qu'un connecteur est dédié à l'afficheur, l'autre au clavier. Coté carte principale, l'afficheur est en liaison avec le ZC93486P.

Me voila donc parti à espionner les signaux transitant sur le bus. Par chance, l'information qui circule est assez facilement identifiable.

Après cogitations et comparaison de la trame de données avec les indications de l'afficheur, j'arrive à la conclusion que les données sont transmises de manière séquentielle et que chaque « bits » correspond à l'allumage (ou pas) d'un des segments. L'ordre d'apparition est simple: bit 1 = segment un du premier chiffre, bit 30 = segment 8 du dernier chiffre. Le début de trame comporte quelques bits vides et l'ensemble de la trame contient 64 bits. Certains bits servent à allumer les leds Pause, Repeat, Time et Track.

Il est probable que sur certains lecteurs plus haut de gamme, les bits non utilisés ici servent à transmettre d'autres infos comme par exemple le temps de lecture restant. La trame dure environ 4 ms et elle est répétée toutes les 35 ms. Quand le premier bit de la trame est à 0, le restant de la trame est vide.

Afin de vérifier cette hypothèse, je bricole rapidement un petit montage à base d'un µcontroleur que je relie aux trois fils (data, clk, data valid). Sur chaque coup de data valid, j'arme le µC qui vient lire les datas sur le front montant de clk, puis, je transmet par RS232 les 64 bits vers mon PC.

Sur le PC, je simule un afficheur que j'alimente par la trame reçue. Après quelques tâtonnements sur le calage de l'info dans la trame, j'obtiens ce très chouette afficheur:

Bon, d'accord, utiliser un PC comme afficheur c'est un peu riche. On bricolera tout ça avec des afficheurs 7 segments. En revanche, je suis contraint d'employer un µcontrôleur. Du coup, j'envisage de lui confier certaines tâches supplémentaires comme par exemple la gestion du démarrage temporisé de la haute tension de mon étage amplificateur.

Je vais devoir recréer un clavier car je compte refaire complètement la face avant du lecteur. Le clavier est constitué de boutons poussoirs implantés sur la carte afficheur. Une nappe de 8 fils relie les poussoirs au ZC93486P. Il reste donc à identifier qui fait quoi.

Quelques lignes plus haut, je fais mention du montage amplificateur SRPP. Depuis, au grès de mes lectures, j'ai découvert et testé d'autres montages. Parmi ceux ci figure le µfollower.
Le µfollower, c'est à la fois du gain et de la faible impédance. Certes, grand gain signifie baisse de bande passante, mais dans le cas de l'audio, ce n'est pas trop critique (mesuré à plus de 250 kHz à -6 dB).
Donc, je change mes plans et j'opte pour un étage µfollower de 12AX7 qui, après essais se révele très prometteur.
Ainsi, le montage me procure un gain d'environ 90 (39 dB). Du coup, je peux faire débiter le TDA1541A sur une charge de 10 Ohms, soit une tension de +/-20 mV, ce qui rejoint les préconisations du constructeur.
A la sortie, j'ai un swing de +/- 1.8 V. Confortable non?
Quand à l'impédance de sortie, elle est inferieure à 2k. Sur le papier et d'après les essais, cette solution est meilleure que le montage SRPP. Donc changement de programme !

Pour les capas, mon choix s'est porté sur des Wima 220 nF. La difficulté consiste à ré-implanter les nouvelles capas en remplacement des versions CMS d'origine.

Même si le pas de 2.54 est conservé, dans la pratique, je n'ai pas réussi à positionner les Wima en lieu et place des CMS! J'ai donc soudé des fils pour déporter les nouvelles capas. Coté support, j'ai du pratiquer une ouverture dans le fond du châssis en plastique.

Certains bricoleurs ne retirent pas les capas d'origine et se contentent de disposer les nouvelles capas en parallèle des anciennes. Pour tout dire, je n'ai pas un avis bien tranché sur cette question mais j'ai préféré ôter les CMS d'origine. Sur le plan auditif, il m'est bien difficile de faire une différence entre les deux configurations car il s'est écoulé quelques mois entre les deux écoutes.

Après les modifications apportées au lecteur, vient le temps de la réalisation des nouveaux éléments.

Pour la partie HT, je réalise 3 sections, Une section 270V pour l'ampli canal droit, une section 270V pour l'ampli canal gauche et enfin une section 250V pour la fonction Vu-metre.

L'idée: avoir des hautes tensions complètement indépendantes pour bien rejeter les appels de courant d'une voie sur l'autre (diaphonie) et pour éviter de réinjecter les fluctuations de la section Vu-metre sur la partie ampli. Je pousse même le vice en munissant chaque section de son propre pont de diodes.

Pour la production de la HT de la fonction ampli, j'équipe chaque diode du pont redresseur d'une capa en parallèle qui doit absorber les pointes de commutation.

Etant donné les faibles courants absorbés (environ 1 mA pour chaque canal et 4 mA pour le Vu-metre), j'opte pour un filtrage double PI RC. L'établissement de la HT est donc très doux et il faut compter plus de 5 de temps de montée.

Pour la partie HT alimentant la partie ampli, un test sous débit de 1 mA sur une résistance pure montre que le résiduel de tension après filtrage se situe bien en dessous de 5 mV. En pratique, je ne peux pas vraiment évaluer cette fluctuation, car le calibre de l'oscillo ne descend pas en dessous de 20 mV. Reste a vérifier l'influence des appels de courant demandés par l'ampli sur la stabilité de la HT.

Là, c'est un schéma classique à base de régulateur LM317T qui rempli cet office.

A noter que les alimentations BT sont prises aux multiples secondaires d'un transfo abaisseur et que la HT est obtenue via un transfo élévateur commuté via un relais. A noter également les radiateurs en cornière d'alu.

On trouve donc deux µfollowers de 12AX7 (Tungsol), un par canal pour amplifier la sortie du TDA1541A. Coté Vu-metre, un ampli simple de 12AX7 (JJ) prélève le signal de sortie et extrait la composante négative via une diode et un circuit RC. Ces deux signaux sont visualisés sur un œil magique EM83.

L'œil magique EM83 est un des rares tubes à offrir deux secteurs d'affichage indépendants. Celui ci, en forme d'oreille de lapin, affiche le niveau du signal canal gauche et canal droit. Des potentiomètres permettent l'équilibrage pour la visualisation.

L'ampli spécifique pour le Vu-mètre a deux fonctions: Adapter le niveau du signal pour l'EM83 et surtout, isoler la section filtre RC + diode du signal de sortie afin d'éviter de polluer celui ci par les appels de courant lors de la charge des capas de mémorisation du niveau.
L'ensemble est monté sur un châssis fait de l'assemblage de deux cornières J'ai souhaité faire un montage « en l'air » au plus près des supports de tube mais cela m'a procuré bien des tracas car le câblage est ardu à réaliser!

Le projet étant bien avancé, vient le temps de « consolider » le soft inclus dans le µcontrôleur. Il s'agit maintenant de s'interfacer avec le monde réel, à savoir le lecteur CD. Plusieurs points sont à figer à présent: la prise en compte du clavier, la mesure de la haute tension et bien sûr le pilotage des différents relais, etc....
Le soft a été développé par petits bouts, donnant lieu à des routines spécifiques pour chaque fonctionnalité. Néanmoins, le maître mot est de rester « temps réel », Ici, le cadencement est imposé par la trame de l'afficheur en provenance du lecteur CD. En clair, je dispose d'environ 30ms pour faire mes petites affaires.

    - gestion d'un afficheur 7 segments
    - gestion du séquencement marche/arrêt avec tempo sur la haute tension
    - gestion des commutations NOS/OS, AOP/TUBE
    - gestion de l'afficheur LCD
    - mesure de la HT
    - décompte des temps d'utilisation
    - décompte du nombre de cycles marche/arrêt

Le soft, testé sur des montages provisoires a acquis la maturité suffisante pour que je le valide . Il ne reste plus qu'a acquérir les composants dédiés et à attaquer dans le bois dur.

Là, galère noire! L'écran LCD spécialement acheté ne se comporte pas comme l'écran du prototype. Pourtant, les drivers sont identiques, du moins sur le papier. Après avoir bataillé pendant plusieurs jours, je trouve la solution: les tempos de la séquence d'initialisation doivent être allongées. Grosse misère aussi sur la routine de lecture du clavier qui finissait par « planter » le µcontrôleur. Donc mise à plat du problème et ré-écriture de certaines routines. Inutile de dire que je me suis fait des frayeurs: le prototype fonctionnait,mais pas le montage final.

Tout ce travail a été accompli avant intégration dans le lecteur CD. En effet, il ne s'agit pas de commuter les relais de manière intempestive. C'est également dans ce but que j'ai programmé un deuxième µcontrôleur pour émuler la trame temps du lecteur CD. Beaucoup de temps passé sur banc de test donc...

Ce poste m'a pris un temps fou! Fini les câblages volants, place au « routage » final. Croyez moi, j'y ai passé quelques soirées. D'ailleurs, je me suis aperçu que mes nappes de liaison entre mes différentes cartes n'étaient pas optimisées. En fait, le projet évoluant au fur et à mesure et à intervalle de temps irrégulier, il est bien délicat d'avoir une vision globale du projet fini dès le début. Du coup, l'architecture suit une démarche qui tient plus à la chronologie qu'à la logique pure. Enfin, cela fonctionne correctement et c'est le principal...

A noter aussi l'emploi du wrapping pour les cartes. Moi qui n'ai pas les outils pour graver des pistes sur un circuit, le wrapping s'est avéré très utile. Cela va assez vite à câbler, c'est modifiable et finalement, la densité des conducteurs est digne d'un circuit multi-couches.

J'ai du fabriquer un nouveau clavier reprenant les fonctions de l'ancien plus les nouvelles fonctions: NOS/OS, AOP/TUBE, gestion du menu du soft. Ce n'est pas bien compliqué mais c'est gourmand de temps, là encore.

Je souhaitais une mise en marche et un arrêt avec contôle de la haute tension: tempo entre le chauffage et la commutation de la HT.

Pour la mise en marche, je shunte le relais d'alim, ce qui provoque le démarrage du µcontrôleur dont la première tâche consiste à maintenir le relais d'alim. Pour l'arret, je viens scanner un contact, je coupe le relais HT et j'enclenche la tempo avant de couper le relais d'alim.
Une bien belle coquetterie qui m'a imposé la mise en place de plusieurs relais. Cette commande de Start and Stop est confiée à un bouton poussoir unique disposant de deux contacts. De même, j'ai disposé en face arrière des interrupteurs leviers permettant de couper le général, la HT et le chauffage des tubes. Ces interrupteurs sont en fait nécessités par le fait que je veux reprogrammer le µcontrôleur in situ. Dans ce cas, inutile « d'user » les tubes pour rien.

C'est là que l'on apprécie le temps passé en banc de test. A part une inversion de fils sur deux boutons du clavier, tout a fonctionné du premier coup. Le projet commence à prendre bougrement forme. La fin n'est pas loin mais il y a encore du travail de menuiserie.... En attendant, j'en profite pour faire les tests d'endurance capots ouverts. Je verifie plus particulièrement l'évolution des températures des régulateurs basse tension, ce qui me permettra de voir si le capotage final ne gêne pas l'évacuation des calories.

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