CDプレーヤーのDAC化 – ARCAM FMJ CD23編

2021年11月7日2023年9月18日

ジャンク品のCDプレイヤーを入手して、USB DACとして復活させる大人の遊び（？）をしています。

今回は世界初（？）の、ARCAMのCDプレーヤーのUSB DAC化改造について記録しておきます。

モチベーション

dCSと共同開発した「Ring DAC」を搭載する、CDプレーヤーだからです。

dCSとは、DACやCDプレーヤーの開発で有名なハイエンドオーディオメーカーです。

最新のモデルだと300万以上はします。

dCSのDACの売りは、「Ring DAC」と呼ばれる独自のディスクリートDACです。
PCMデータをマルチビットのΔΣ信号に変換し、この信号の後段に配置されたフリッププロップをOn/OffさせることでDA変換をします。

似たようなことをしているメーカーでいうと、最近は

リンク

が有名です。

暑がりワニ

いま話題の「ディスクリートDAC」の基本形を作ったメーカーなんだ。

翻って、ARCAM FMJ CD23 はこの方式のDACを搭載した数少ないCDプレーヤーなのです！
従って、このジャンクをお安く手に入れてUSBDAC化すれば、RingDACの音をいつでも楽しめます。

CDの再生に必要な機能を取っ払い、USBDACとしてシンプル化しました。

＜Before＞

＜After＞

以下、やることと、試行錯誤した内容（この手順に至った理由）を記載しておきます。
手順だけを知りたければ、「やること」の部分だけ見て進めればOKです。

ピックアップモジュールはすべて取り外します。
- USB – DDC基板やFPGAを置く場所として使います
念の為リキャップを推奨します。
- 当モデルはケミコンの容量抜けが持病（2000年代初頭なので…ネ）
- 実際に液漏れの形跡があったケミコンもいくつかありました。

DAC基板上にMCK（CLK17M）が存在。CDからSK3コネクタを介してやってくるI2S信号（SER_CLK / SER_DIN / SER_CH) をリクロックし、HDCDデコーダ（PMD-100、U16）に送る。

CDプレーヤーなので、I2S信号の fs は 44.1kHz が想定されている。
HDCDデコーダ（PMD-100）に内蔵されたオーバーサンプリング機能により、8fs = 352.8 kHz・かつDOL、DOR　に　独立で出力された信号が、出力される。
（画像を張るべき）
この出力は、FPGAでさらに変換される。おそらくマルチビットのΔΣ変換が行われている。
これがRingDAC ICに入力され、アナログの音声出力を得る。

以上の構成から、USB-DAC化は以下のいずれかの方針で行えばよさそう。

HDCDデコーダの出力にff 44.1k の I2S信号（右詰めformat）で入れる
- fs = 44.1 kを前提にリクロック部の設計が行われていることから、これ以外のサンプリング周波数の入力ができないので、非常に使いにくい仕様になってしまうデメリットがある
fs = ～384kの音声信号を、PMD-100の出力と同様の形式で入れる
- fsに依存しないため、この記事では後者の前提で記載した。
- 8倍オーバーサンプリング等の機能は、自分で実装する必要がある（できる）
  - 趣味的としては自由度が高くて面白い。

HDCDデコーダ（PMD-100、U16）を取り外します。
取り外した場所の、DOL（24ピン）、DOR（23ピン）、BCK（26ピン）、LRCK（25ピン）に、LR独立フォーマットでPCMデータを入力します。
- この時の「LR独立フォーマット」とは、現在一般的に用いられるI2Sフォーマットとは異なる形式であるため、変換が必要です（後述）。
- fs = 44k ～ 384（8fs）であれば問題ありませんでした。
- HDCDデコーダでのオーバーサンプリングがスキップされますので、基本的にはノンオーバーサンプリング（NOS）動作となります。（従って　fs = 44.1 kHz　だと階段状の出力となります）
本機はインターフェースが５Vなのでインターフェース電圧の変換をします。

当初はHDCDデコーダを取り外さずに動作させる予定でした。
- 回路図から、コネクタSK3 に fs = 44kHz, 16bit 右詰めフォーマットのPCMデータを入れることで、リクロック回路経由でHDCDデコーダーに対してMCKと同期し信号を入力。
- しかしHDCDデコーダー（PMD-100）から出力（DOL / DOR）が出てこない為、当ICが故障していると判断。
HDCDデコーダを取り外し、PMD100の出力フォーマットでPCMデータを入力し音がでた。
- FPGA及びRing DACモジュールが壊れていないことが確認できた。
- PMD-100の出力フォーマットは、LR独立＋24bit右詰め。
- これはPCM1704 とともに使われるデジタルフィルタ DF1704 の出力と同じ。