Philips CD751 (and relatives)

DUAL DAC Board-Set Upgrade Projekt für
Philips CD player mit TDA1549 DAC-Chip

basierend auf dem Projekten "direct clock" und dem Philips CD751/753-Umbau

Anfänge und Überlegungen

Erst mal vorab: dies ist nicht meine eigenes Projekt, sondern das mit ein paar Zutaten meinerseits selbst entwickelte Eigen-Gerät meines Bruders - der sich zugegeben inzwischen in die CD-Technik ganz schön ein-gefuchst hat.

Nur:
Diesen Player kann ich auch absolut nicht weg lassen aus der Beschreibung der Entwicklungs-Linie.
Es fing an mit "normalen" Tuning-Maßnahmen am alt-hergebrachten Harman-Kardon HD7725, über 20Jahre sein Player - an dem sich dann ein paar innere Maßnahmen als äußerst aufschlussreich erwiesen (nein nicht die, die man an jeder Ecke verkauft bekommt...)
Und den Ausschlag und Anstoß hat dann mein mit gebrachter Philips-basierter Sugden-Player gegeben, der ganz klar zeigen konnte, dass der Harman zwar sehr gut ist, jedoch nicht alles beherrscht und auch nicht für jedes setup die beste Kombination darstellt.

Erste Anläufe gingen in die Richtung anderer TDA1541A-basierter Player, die in gutem Zustand  ja alle ein paar Eigenschaften zeigen, die fast kein anderer Wandler erreicht. Nur hat sich dabei auch heraus gestellt, dass man den TDA1541A gar nicht so leicht in Höchstform bekommt, insbesondere ist es da nicht ganz einfach, hervorragende Takt-Geber fertig vor-konfektioniert (wie es Tentlab macht, die haben nur den Wert nicht...) zu bekommen. Da dann eine angemessene Clock zu bauen, bedeutet ein Vielfaches an Aufwand gegenüber dem Kauf und der Versorgung eines passenden XO. Abgesehen davon hat der TDA1541A im Takt-Bereich noch etliche zu erforschende Kniffe bereit, manche Teile des Chips wurden von der Industrie nie genutzt - ein Lebens-Projekt. Dass der Generator wiederum ein wirklich entscheidendes Qualitäts-Merkmal ist, hat sich bei den gleichzeitig entstehenden "direct clock"-Projekten in Exposure- und Symphonic-Line-Playern gezeigt. Dazu kam beim Lesen im Netz das große Lob, das der Lampizator dem TDA1549 erteilt hatte.

Darauf hin entstand aus den bereits vorhandenen Baugruppen und Überlegungen der erste Philips CD751 mit eigenem Wandler-Board, in dem zum ersten Mal drei neue Zutaten zum Einsatz kamen:

• komplette galvanische Trennung von Laufwerk und Wandler
• Versorgung der Ausgangsstufen mit einem Netzteil-Konzept ähnlich den Symphonic Line CD-Spielern
• eine neu entwickelte Ausgangs-Buffer-Stufe ohne Spannungs-Verstärkung basierend auf "umgebogenen" Naim Line-Buffer-Modulen

Man hatte bereits bei Symphonic Line Playern festgestellt, dass eine entkoppelnde Kabel-Treiber-Stufe mit geringer Rückwirkung (also vor allem ohne Einbindung in eine mehrstufige Gegenkopplungsschleife) große klangliche Vorteile bietet, dabei spielt es eine nur untergeordnete Rolle, mit welcher Art von Bauteilen man das macht (z.B. Röhren), wichtig ist das Unterbinden von rückwärts wirkenden Einflüssen. Eine sehr schlichte Schaltung dieser Art ist in 90er-Jahre Naim-Buffern verwirklicht, zieht man im Geiste mal die unterstützenden Stromquellen und die Sziklai-Verstärkung wieder ab, liegt im Signal-Weg nur eine einzige Basis-Emitter-Strecke, zwar mit extrem erhöhter, aber eben nur lokaler Gegenkopplung - ein reiner Impedanz-Wandler und Leitungs-Treiber, klein aber fein. In der Originalfassung wegen der Kondensator-Kopplung auch mit hoher Betriebs-Sicherheit.

Wir hatten jedoch etwas anderes vor: den Koppel-Kondensator ungestraft zu streichen stand mit auf der Wunsch-Liste, ebenso wie die Überbrückung von ca. 2,5V Gleichspannung (ohne Signal-Dämpfung!), die der TDA1549 nun mal durchschnittlich an seinem Ausgang aufweist, denn er wird mit unsymmetrischen 5V betrieben. Eine widersprüchliche Forderung. Aber es kamen noch mehr Wünsche dazu: es sollten auf dem Weg vom Wandler-Ausgang zum Buffer-Transistor so wenige Schritte und Teile wie möglich zum Einsatz kommen, allerdings verbleibende HF-Reste dennoch abgefiltert werden und dann wäre es noch schön, den Verzerrungsgrad des im Wandler eingebauten I/U-OPs zu minimieren, indem man seine Ausgangsstufe in den Class-A-Modus zwingt.

Im Grunde hat man all dies mit einem einzigen, zentralen Widerstand erreicht.

Schaltungs-Auszug

 Hier sehen Sie einen Auszug aus dem resultierenden Schaltplan, wo der gelbe Pfeil ist, kommt das Signal des Wandlers an, bei einem Gleichspannnungs-Pegel von 2,5V.

Hinter dem ersten Widerstand ist der Gleichspannungs-Pegel nur noch 0,6V, die Wechselspannung des Wandlers allerdings bleibt in ungedämpfter Höhe erhalten und erreicht auch den bei durchschnittlich bei 0V Gleichspannung liegenden Ausgang ohne Abstriche. Denn gegenüber Wechsel-Spannung ist die "ring of two"-Stromquelle (unten links) ein extrem hoher Widerstand. Sie sorgt gleichzeitig dafür, dass nach dem Ohmschen Gesetz an dem Eingangs-Widerstand stets konstant gleiche Spannung ansteht. Dadurch ist auch der Wechselspannungs-Verlauf im Audio-Bereich an beiden Enden identisch. Zusammen mit dem Eingangs-Kondensator (gegen Masse) wiederum filtert der gleiche Widerstand noch Reste der Sampling-Frequenz ab, die Kombination wirkt als 6dB-HF-Filter. Und er speist den Quellen-Strom in den internen Operationsverstärker des DAC ein, der darauf hin nicht anders kann, als nur noch auf seinem "oberen" NPN-Enstufen-Transistor im reinen Class-A-Betrieb zu arbeiten.

Diese Ausgangs-Stufe hängt, obwohl sie im Grunde nur einen einzigen BC550C-Transistor beschäftigt, an einem "ausgewachsenen" Netzteil mit je +/-17V pro Kanal, das hier für konstante Verhältnisse sorgt.

Dass einem das Ganze bei Cinch-Kurzschluss nicht um die Ohren fliegen kann, dafür sorgt der Strom-begrenzende Kollektor-Widerstand des Sziklai-Partners der Ausgangs-Stufe. Die zweite Stromquelle rechts unten erhöht einerseits die Verstärkung und verringert so die Impedanz und Verzerrung, zwingt andererseits den Ausgangs-Transistor ebenfalls in den Class-A-Modus.

Es braucht natürlich noch ein paar mehr Zutaten, doch kürzer und schlichter ließ sich die Anbindung des TDA1549 (und entsprechend ähnlicher DACs wie z.B. des TDA1305) nicht machen.

Weitere (und noch nicht zu Ende implementierte) Schaltungs-Elemente sind natürlich eine Offset-Servo-Regelung und eine neutral wirkende Stummschaltung. Das normale "Muting" normaler Philips-(und anderer)Player verlangt nämlich einen Längs-Widerstand zwischen Buffer/Endstufen-Ausgang und Kurzschließer - damit wäre die mühsam erzwungene extreme Niederohmigkeit des Ausgangs wieder dahin, und zwar hin zu einem Wert, der nicht von der optimalen Signal-Übertragung, sondern von der Dauer-Kurzschluss-Belastbarkeit der letzten Stufe bestimmt ist. Man kann sich vorstellen, dass das in der Regel ein dickes Minus darstellt - so also nicht.

All das hatte im ersten CD751-Umbau und meinem CD753-Nachbau bereits eine erste Stereo-DAC-Fassung hervor gebracht. Wobei sich allerdings auch gewisse Schwierigkeiten ergaben, so früh wie möglich optimal Kanal-getrennt vorzugehen, z.B. bei der DAC-Versorgung und -Masse. Wo beginnt man mit der Dual-Mono-Trennung?

...und ein Übertragungs-Kanal Richtung Wandler war im gewählten Analog Devices Trenn-Baustein auch noch frei...

Was braucht ein DUAL-DAC-Konzept...

...wenn man es aus Stereo-Wandlern aufbaut?

Es kam also nach eingehender Datenblatt-Recherche die Frage meines Bruders, ob er meiner Meinung nach theoretisch richtig läge:

Wenn man das Fehler-korrigierte, gefilterte Multiplex-Signal des Laufwerks (4fach oversampling, 24bit, abwechselnd rechts und links), mit dem normalerweise der Wandler beschickt wird, entsprechend in zwei Datenströme aufteilt und gibt einem TDA1549 jetzt das resultierende R+R oder L+L -Signal, wie würde sich der Ausgang verhalten und wie müsste man die beiden Stereo-Hälften des Wandlers zu einem gemeinsamen Mono-Ausgang zusammen fassen?

die beigelegte Skizze war korrekt.

Denn laut Datenblatt gibt der TDA1549 seine beiden Ausgänge immer abwechselnd aus, ersetzt man also in seinem Datenstrom jedes zweite Datenwort (das des anderen Kanals) mit einer Wiederholung des letzten zum eigenen Kanal gehörigen, dann ergibt sich bei abwechselnder Wandlung außer der ständigen Addition auch eine Interpolation, das Ergebnis entspricht im Grunde einer Verdopplung der Sampling-Rate bei gleichzeitiger Mittlung sämtlicher Fehler - das ist sehr ähnlich dem Prinzip des "linear smoothing" bei Harman-Kardon, wobei dort allerdings noch die Wertigkeit der beiden Wandler versetzt wurde.

Hatte jedenfalls schon theoretisch eine Menge Charme, vor den Erfolg hatten die Götter allerdings das Schiebe-Register gesetzt. Um verzögerte Datenworte eines R+L -Datenstroms in jeweils in einen R+R und einen L+L -Datenstrom einzuspeisen, muss man die Daten nämlich in einen Zwischenspeicher geben und um ein Mono-Sample verzögern. Das Digitalsignal wird im Takt des mitgelieferten Bit-Cock Bit für Bit per "Eimerketten-Verfahren" von Flip-Flop zu Flip-Flop gereicht, eine kleine Word-Clock-synchrone Umschaltung besorgt den Rest. Alles Hand-geschnitzt...

Die "direct clock"-Platinen hatten bislang noch den Nachteil, dass die PLL-Takt-Vervielfachung in der Nähe der Clock und damit der Wandler geschah, einerseits erhöht das die Störstrahlung ins Analog-Signal durch bloße Anwesenheit der arbeitenden PLL-Stufe, andererseits ist der weite Transport des Takt-Signals zur Laufwerk-Steuerung umso kritischer, je höher die Frequenz. Deshalb lag es nahe: wenn eine Schaltung für die Erzeugung von Dual-Mono-Digital-Signalen entsteht, wird die in der Nähe der Laufwerks-Steuerung untergebracht - und die PLL gleich mit.

die erste Dual-Mono-Logik

Hier sieht man das Ergebnis, eine Fummel-Arbeit sondergleichen, denn kleinste SMD-Technik kommt zum Einsatz. Ich musste mich inzwischen belehren lassen, dass man den Bereich der Schiebe-Register mit einer programmierten Logik deutlich kleiner bekommen könnte - doch im Grunde sind jetzt für diese Aufgabe nur Standard-TTL-Bauteile im Einsatz die extrem preisgünstig und sicher noch lange Jahre lieferbar sind, sich dazu auch im Vergleich zu den Kondensatoren und Widerständen schnell montieren lassen. An den wirklich Zeit-aufwändigen Lötarbeiten kommt man dagegen so oder so nicht vorbei - dafür kann dieses Board immerhin jeder echte Elektroniker auf ganz lange Sicht sogar ohne Schaltplan reparieren, eine programmierbare Logik dagegen ist ohne ihr Programm unersetzlich...

...na und dann kann man "noch kleiner" kaum mehr in die Hand nehmen, geschweige denn einen Verbindungs-Stecker drauf anbringen.

Zur Verbindung zwischen Laufwerks- und Wandler-Platine dienen in dieser Version ein Flachband-Kabel für die Signale samt Word-Clock und in Gegenrichtung ein Koax-Kabel aus dem WLAN-Bereich für den (noch nicht vervielfachten) Wandler-Master-Takt.

Das Wandler-Board

Aus den 9 Spannungs-Reglern der Vorgänger-Version mit nur einem Stereo-DAC sind hier jetzt 11 geworden, denn der zweite Wandler hat jetzt seine eigene Regelung für Analog- wie Digital-Teil.

aufwändiger Entwurf

Die restlichen Komponenten ähneln dem Stereo-Board, allerdings haben sich hier Störstrahlung und Fremdspannungsabstand deutlich verbessern lassen, durch andere Anordnung der galvanischen Trennung, Überarbeitung der digitalen Signal-Leitungen und natürlich die Zusammenfassung jedes der beiden Stereo-Wandler zu einem Dual-Mono-Wandler (im doppelten Sinn).
Die Wandler-Ausgänge sind über den gleichen Widerstand wie in der Einfachen Version angeschlossen, nur dass jetzt die beiden Widerstände der Ausgänge eines Wandlers zusammen jeweils auf den rechten und linken Sammelpunkt laufen, entsprechend muss die jeweilige Stromquelle exakt den doppelten Strom einspeisen. Entsprechend verdoppelt sich nicht der Pegel, sondern die Präzision.

Nebenbei: den Wandler TDA1549 kann man nicht so ohne weiteres kaufen, die beiden für dieses Gerät sind eine Eigen-Organ-Spende - und die eines für die Forschung gestorbenen und kannibalisierten zweiten Philips-Players.

Einbau im Philips CD751

Die komplette Wandler-Platine wurde im Gerät mit kurzen Kabeln zu neuen Cinch-Buchsen in einem geschirmten Bereich montiert.

Dickes "Doppelwellen"-Netzteil mit entstörter, dünner Einspeisung - belädt 6x Evox-Rifa

Dazu hat mein Bruder dann noch "in die Vollen gelangt" und dem ganzen eine ausgewachsene Gleichrichtung und Siebung verpasst, ein ebenfalls neu entwickeltes Board, auf dem auch die Gleichrichter-Filter-Erkenntnisse aus Symphonic-Line-Geräten mit eingeflossen sind. Und wie im Symphonic-Line-CD-Spieler kann man auch hier sagen: mancher moderne Vollverstärker würde sich nach einem solchen Netzteil die Finger lecken.

Der mächtige Netztrafo fand wegen der beiden neuen Platinen keinen Platz mehr im Gerät und wurde in ein eigenes Gehäuse ausgelagert.

Gesamt-Zusammenbau

Die Logik/PLL-Platine fand etwas unterschiedlich zur ursprünglichen Planung direkt unter der Laufwerks-Platine Platz

Die zusätzliche Schaltung ist jetzt kurz verdrahtet in unmittelbarer Nähe der zentralen Laufwerks-Steuerung.

Im CD751 reicht bei dieser Montage der Abstand zwischen Logic-Board und Laser-Einheit-Anschlussstecker

Das Laufwerks-Board habe ich kürzlich an dem geliehenen Player noch mal nach gelötet, auch das Laufwerk überarbeitet.

...fertig zusammen gesetzt...

Und natürlich

...ausgiebig "Philips" gehört...

 Wobei diesen Player noch "Philips CD751" zu nennen ein wenig "daneben" liegt. Das ist so, wie wenn man einen Porsche im Käfer-Kostüm "Käfer" nennen würde, eigentlich sogar noch extremer.

Es sind zwar nach wie vor Philips Kern-Komponenten im Spiel, das Laufwerk, die Wandler. Doch hier tut der Wandler halt wirklich was er kann - und was er kann, merkt man ihm in seiner originalen Philips-Umgebung höchstens als leichte Andeutung an. Dass Philips-Ingenieure hervorragende Komponenten geliefert haben, die dann aber in den billig hin gerotzten Consumer-Playern des eigenen Hauses nicht zur Geltung kamen, ja nicht einmal der Form nach richtig angewendet wurden, zeigt sich ein weiteres Mal deutlich innerhalb dieser sorgfältigen Neu-Architektur.

Alles "angestrengt breiige" ist raus, auch da wo die Stereo-Variante noch ein klein wenig nach "Power mit der Brechstange" klingt, ist hier alles gelockert, breitbandig, sauber. Und er spielt Ansatz-los, schnell, tief. Eigenes Ein- und Ausschwingen sind für dieses Gerät kein Thema mehr, da steht er drüber. Wobei mir momentan die von meinem Bruder für mich hieraus weiter entwickelte, ganz schlichte TDA1545-Abwandlung im Exposure insgesamt (noch) besser abgestimmt erscheint und dass sich unter ähnlich verbesserten Umgebungs-Verhältnissen auch der "constant calibration"-Wandler als mindestens ebenbürtig erweist. Doch stecken in der Verstärker-Elektronik des Exposure auch zusätzlich 25Jahre Erfahrung von John Farlowe.

Ich habe ein Reste-Board dieser Version, das muss ich mir gelegentlich mal mit einer etwas geänderten Bauteile-Wahl bestücken - um zu ermitteln, insbesondere welche Elko-Serien am besten zum Entwurf passen.
Dann habe ich auch einen Player dieser Sorte dauerhaft zum Vorführen. Und an andere wertige CD-Spieler der Gruß:

Zieht Euch warm an, hier kommt was!