Cirrus Logic CS42L55

CS42L55 — это микросхема аудиокодека, разработанная компанией Cirrus Logic (США). Предназначена для преобразования аналоговых звуковых сигналов в цифровые (АЦП) и цифровых в аналоговые (ЦАП) в портативных электронных устройствах, таких как смартфоны, планшеты, цифровые плееры и гарнитуры. Относится к классу высокопроизводительных, малопотребляющих аудиокодеков с низким уровнем собственных шумов и искажений.

История

Микросхема CS42L55 была анонсирована компанией Cirrus Logic в 2010 году как часть семейства кодеков, ориентированных на мобильные и портативные приложения. Разработка велась с учётом требований рынка к миниатюризации и энергоэффективности: чип выпускался в корпусе WLCSP (Wafer-Level Chip Scale Package) размером 2,5 × 2,5 мм, что позволяло интегрировать его в устройства с крайне ограниченным пространством на печатной плате. В 2011 году CS42L55 был использован в ряде моделей смартфонов, включая некоторые устройства на базе процессоров Texas Instruments OMAP и Qualcomm Snapdragon, однако широкого распространения не получил из-за жёсткой конкуренции с кодеком Wolfson WM8994 (позднее — Cirrus Logic WM8994 после приобретения Wolfson Microelectronics) и интегрированными решениями от Qualcomm.

Характеристики

Архитектура

CS42L55 представляет собой однокристальный аудиокодек, совмещающий:

• стереофонический ЦАП (Digital-to-Analog Converter) с разрядностью 24 бита и максимальной частотой дискретизации 96 кГц;
• стереофонический АЦП (Analog-to-Digital Converter) с аналогичными параметрами;
• встроенный усилитель для наушников с выходной мощностью до 30 мВт на канал при нагрузке 32 Ом;
• программируемый фильтр низких частот (anti-aliasing) и цифровой фильтр с подавлением шумов квантования.

Электрические параметры

• Диапазон напряжений питания: 1,7–1,9 В (цифровое ядро) и 2,5–3,6 В (аналоговая часть).
• Потребляемый ток в режиме воспроизведения: около 10 мА (при 48 кГц, 16 бит).
• Отношение сигнал/шум (SNR) для ЦАП: не менее 100 дБ (типичное значение 102 дБ).
• Коэффициент гармонических искажений с шумом (THD+N) для ЦАП: не более –90 дБ (типичное –92 дБ).
• Выходное сопротивление усилителя наушников: менее 1 Ом.

Интерфейсы

• Цифровой аудиоинтерфейс: I²S (Inter-IC Sound) или TDM (Time-Division Multiplexing) с поддержкой до 8 каналов.
• Управляющий интерфейс: I²C (Inter-Integrated Circuit) с частотой до 400 кГц.
• Встроенный генератор тактовой частоты (PLL) с возможностью синхронизации от внешнего источника (MCLK) или от сигнала на шине I²S.

Применение

Мобильные устройства

Основное применение CS42L55 — в смартфонах и планшетах, где требовалось обеспечить высокое качество звука при минимальном энергопотреблении. Чип позволял реализовать:

• воспроизведение аудио через наушники с низким уровнем шума;
• запись звука с микрофона (в том числе стерео) с минимальными искажениями;
• поддержку голосовых вызовов (кодек мог работать в режиме полнодуплексной связи).

Портативные плееры

В некоторых моделях цифровых аудиоплееров (например, в линейке HiFiMAN) CS42L55 использовался как основной ЦАП/АЦП, обеспечивая выходной сигнал для усилителя мощности. Благодаря низкому уровню собственных шумов чип подходил для работы с высокочувствительными наушниками.

Гарнитуры и аксессуары

Встроенный усилитель для наушников и малый корпус делали CS42L55 пригодным для использования в беспроводных гарнитурах и Bluetooth-адаптерах, где требовался компактный аудиокодек с низким энергопотреблением. Однако в этой нише он был вытеснен более интегрированными решениями (например, Qualcomm CSR8670).

Особенности и критика

Достоинства

• Высокое отношение сигнал/шум (до 102 дБ) — на уровне лучших кодеков своего времени.
• Очень малый корпус (2,5 × 2,5 мм), что позволяло размещать чип в устройствах с плотным монтажом.
• Низкое энергопотребление (менее 10 мА в режиме воспроизведения) — критично для портативной техники.

Недостатки

• Отсутствие встроенного DSP (цифрового сигнального процессора) для обработки звука (эквалайзер, шумоподавление) — требовался внешний процессор.
• Ограниченная поддержка высоких частот дискретизации (максимум 96 кГц) — для некоторых аудиофильских приложений недостаточно.
• Невысокая выходная мощность усилителя наушников (30 мВт на канал) — для высокоомных наушников (более 100 Ом) требовался внешний усилитель.

Интересные факты

• CS42L55 был одним из первых кодеков Cirrus Logic, выпущенных в корпусе WLCSP, что позволило снизить толщину модуля до 0,6 мм.
• В 2011 году чип использовался в смартфоне Motorola Droid 3 (XT862), где обеспечивал качество звука, отмеченное рядом обозревателей как «выше среднего» для устройств того времени.
• После приобретения Cirrus Logic компании Wolfson Microelectronics в 2014 году, CS42L55 был снят с производства, а его функциональность была интегрирована в более новые кодеки серии WM (например, WM8994).

Источники

• Cirrus Logic CS42L55 Datasheet (Rev. 0, 2010) — Cirrus Logic, Inc.
• «CS42L55: Ultra-Low Power Stereo Audio Codec with Headphone Amplifier» — Product Brief, Cirrus Logic, 2010.
• «Motorola Droid 3 Review» — AnandTech, 2011.
• «Cirrus Logic Completes Acquisition of Wolfson Microelectronics» — Press Release, Cirrus Logic, 2014.