CRD42L51参考设计：CS42L51低功耗立体声编解码器评估方案

在音频硬件设计领域，一款优秀的评估板对于快速验证和应用编解码器的功能至关重要。今天我们就来深入探讨CRD42L51参考设计，它为CS42L51低功耗立体声编解码器提供了便捷的评估途径。

文件下载：CRD42L51.pdf

一、CRD42L51概述

CRD42L51评估板具备诸多实用特性，非常适合对CS42L51编解码器感兴趣的工程师进行快速评估。其特点包括超小布局，仅需少数小型陶瓷电容和电阻等组件，就能实现指定的性能。供电方面采用单节AAA电池，通过DC - DC转换器将电压提升至3.3V，再稳压到1.8V为CS42L51供电，充分展现了CS42L51即使在低供电电压下，其内部接地中心放大器仍能为耳机负载提供充足功率的能力。

它拥有1/8”立体声输入，可允许高达2Vrms的信号输入，板载麦克风能展示CS42L51可编程增益放大器（PGA）和麦克风前置放大器的高动态范围。同时，具备1/8”立体声耳机输出插孔和S/PDIF输入（CS8416接收器），还提供了灵活的用户界面，通过4个按钮和16个LED组成的用户界面，可对CS42L51的寄存器进行操作，并控制编解码器、晶体振荡器和S/PDIF接收器之间的时钟和数据路由。

二、快速启动指南

1. 开启电源：将电源开关拨到ON位置，此时需确保背面安装了单节AAA电池。开启后，复位功能将被激活，在复位期间无法进行任何选择或调整。
2. 关闭复位功能：同时按下两个SELECT按钮，可关闭复位功能。此时板子会进入待机状态片刻，然后自动激活线路功能。
3. 功能选择与开关：使用任意一个SELECT按钮在不同功能间导航并切换焦点，当需要开启或关闭所选功能时，同时按下两个SELECT按钮，相关的LED会相应亮起或熄灭。
4. 音量和阈值控制：使用任意一个ADJUST按钮可控制每个获得焦点的源/效果的音量/阈值水平。电平表会短暂显示一个预定义的梯度，以dB为单位表示音量/阈值水平，最佳/默认水平会闪烁。
5. 开始评估：对着麦克风讲话，或者激活外部S/PDIF或线路播放器，即可开始评估。

具体的按钮控制功能如下表所示：	Pushbutton Control	Key Press	Description
SELECT (only) <	Left/Up Navigation - Shifts the focus between functions. A blinking LED indicates which func- tion has received focus.
(only) >	Right/Down Navigation - Shifts the focus between functions. A blinking LED indicates which function has received focus.
(simultaneously) < AND >	Enables/Disables the function that is in - focus. When the selected function is enabled AND in - focus, the associated LED blinks ON, periodically, with a longer duty cycle.
ADJUST (only) -	Decreases the volume level of the function that is in - focus. Increases the threshold level of the ALC/Limiter when either is in - focus.
(only) +	Increases the volume level of the function that is in - focus. Decreases the threshold level of the ALC/Limiter when either is in - focus.
(simultaneously) - AND +	Enables/Disables confirmation/error beeps.

三、功能与电平细节

功能状态与LED指示

不同功能的开启和关闭状态通过LED的照明情况来显示，具体如下：	Function	State/LED Illumination	Description
Reset	ON	CS42L51, CS8416, optical receiver, oscillator held in reset and disabled.
	OFF	CS42L51, oscillator out of reset. CS8416 and optical receiver controlled by S/PDIF function. The Line function is enabled automatically.
Standby	ON	CS8416, optical receiver, oscillator held in reset and disabled; CS42L51 soft powered down.
	OFF	All devices out of reset; CS42L51 powered up, register settings restored.
Line	ON	Stereo Line Input selected, unmuted; MIC powered down.
	OFF	Stereo Line Input muted.
MIC	ON	Mono MIC selected, powered up, unmuted; Line disabled.
	OFF	MIC muted.
S/PDIF	ON	S/PDIF Input selected, unmuted; CS8416 and optical receiver powered up. (Line or MIC mixed with S/PDIF if enabled.)
	OFF	S/PDIF Input muted; CS8416 and optical receiver powered down.
Bass	ON	Tone Control enabled, Bass corner frequency set to 200 Hz, Treble corner frequency set to 7 kHz.
	OFF	Tone Control (Bass and Treble) disabled.
Treble	ON	Tone Control enabled, Bass corner frequency set to 200 Hz, Treble corner frequency set to 7 kHz.
	OFF	Tone Control (Bass and Treble) disabled.
Limiter	ON	Limiter enabled, attack rate set to 0x02, release rate set to 0x3D.
	OFF	Limiter disabled.
ALC	ON	ALC enabled, attack rate set to 0x02, release rate set to 0x3D.
	OFF	ALC disabled.

电平表与LED亮度对应关系

电平表通过LED的亮度来指示不同输入源的音量和阈值水平，具体对应关系如下：	Level Meter (LED Luminosity)	Level (dB)			ALC/Limiter Threshold (dB)
	Line/SPDIF	MIC	Bass/Treble	MAX	MIN/Cushion
LED12_ON	+6.0	+44.0	+12.0	-18.0	-24.0
LED12_75%	+4.0	+42.5	+10.5	-	-
LED12_50%	+2.0	+41.0	-	-	-
LED12_25%	+0.0	+39.5	+9.0	-	-
LED13_ON	-1.5	+38.0	+7.5	-12.0	-18.0
LED13_75%	-3.0	+36.5	+6.0	-	-
LED13_50%	-4.5	+35.0	-	-	-
LED13_25%	-6.0 (default)	+33.5	+4.5	-	-
LED14_ON	-7.5	+32.0 (default)	+3.0	-9.0	-12.0
LED14_75%	-9.0	+30.5	+1.5	-	-
LED14_50%	-11.0	+29.0	-	-	-
LED14_25%	-13.0	+27.5	+0.0 (default)	-	-
LED15_ON	-16.0	+26.0	-1.5	-6.0 (default)	-9.0 (default)
LED15_75%	-19.0	+24.5	-3.0	-	-
LED15_50%	-22.0	+23.0	-	-	-
LED15_25%	-26.0	+21.5	-4.5	-	-
LED16_ON	-30.0	+20.0	-6.0	-3.0	-6.0
LED16_75%	-35.0	+18.5	-7.5	-	-
LED16_50%	-40.0	+17.0	-	-	-
LED16_25%	-45.0	+15.5	-9.0	-	-
LED16_OFF	-51.5	+14.0	-10.5	+0.0	-3.0

四、系统概述

电源模块（U2）

单节AAA电池为板子供电，DC - DC转换器将电池电压提升至3.3V，再稳压到1.8V为CS42L51供电。CS42L51的接口逻辑部分工作在3.3V，而其模拟/数字核心和耳机供电则使用1.8V，这种供电方式充分体现了CS42L51在低电压下的性能优势。

微控制器（U5）

微控制器负责根据用户通过4个按钮的输入，控制CS42L51、CS8416和振荡器之间的数字信号路由。上电后，它会自动将板子初始化为预定义的设置。

CS42L51音频编解码器（U1）

CS42L51的详细描述可参考其产品数据表。上电后，微控制器会自动将其配置为默认设置，后续可根据用户通过4个按钮的输入进行修改。

CS8416数字音频接收器（U4）

CS8416将来自光连接器的输入S/PDIF数据流转换为PCM数据供CS42L51使用。S/PDIF输入可与线路或麦克风输入混合，此时编解码器的时钟源来自CS8416。若S/PDIF源不可用导致接收器错误，微控制器会自动将系统主时钟切换到振荡器，以确保线路或麦克风输入的不间断运行。

振荡器（Y1）

当数字音频接收器断电或出现接收器错误时，板载振荡器提供系统主时钟。其选择会根据用户输入和系统状态自动确定。

模拟输入

1/8”插孔通过交流耦合无源滤波器提供线路电平模拟输入。CS42L51输入前的分压器允许高达2Vrms的信号输入。若要放大较小的信号，可启用自动电平控制（ALC），CS42L51会结合集成的可编程增益放大器（PGA）根据需要应用高达 +12dB的模拟增益。板载表面贴装麦克风连接到CS42L51的一个输入，并与线路输入进行复用，线路或麦克风输入均可与S/PDIF输入混合。

模拟输出

1/8”插孔输出CS42L51接地中心耳机放大器的信号。由电阻/电容对组成的负载稳定电路使放大器除了能驱动线路电平负载外，还能驱动耳机。

开关与按钮

电源开关拨到ON位置时，AAA电池为板子供电，微控制器进行初始化。SELECT按钮用于在功能选项之间来回导航，同时按下两个SELECT按钮可切换获得焦点的功能状态。ADJUST按钮用于调整增益、衰减以及ALC和限幅器的阈值水平，同时按下两个ADJUST按钮可切换CS42L51内部蜂鸣器的状态。

LED指示灯

功能LED用于直观显示哪些功能当前处于开启（持续照明）或关闭（无照明）状态，以及哪个功能获得了焦点（周期性照明）。电平表LED用于直观显示线路、麦克风、S/PDIF、低音和高音的音量水平以及限幅器和ALC的阈值水平。

错误指示

• 低电量指示：当AAA电池的电压水平降至约0.96V以下时，相应的LED会亮起。在电压降至约0.70V之前，板子仍可继续工作，但电源循环后，DC - DC转换器只有在电压至少为1.1V时才能启动。
• 接收器错误指示：如果S/PDIF功能启用且CS8416失去PLL锁定（例如拔掉光连接器的电缆或关闭S/PDIF音频源），相应的LED会亮起。若此时线路或麦克风功能启用，CRD会自动将主时钟从CS8416切换到板载振荡器，并相应地配置CS42L51，以确保线路或麦克风输入的不间断运行。

布局设计

CS42L51仅需最少的组件就能实现指定的性能结果。其集成的接地中心放大器无需笨重的直流阻断电容，仅需两个小型陶瓷电容用于电荷泵。此外，还包括负载稳定电路和电源去耦组件。参考设计中大量使用接地平面填充，可大幅降低辐射噪声。

五、系统连接与接口

Connector/ Interface	Reference Designator	Input/Output	Description
AAA	BT1	Input	Battery Power Supply.
< SELECT	S3	Input	Pushbutton for navigating to the left or upwards. On/Off (function enable/dis - able) control when pushed simultaneously with SELECT >.
SELECT >	S4	Input	Pushbutton for navigating to the right or downwards. On/Off (function enable/disable) control when pushed simultaneously with < SELECT.
- ADJUST	S1	Input	Pushbutton for decreasing volume levels and increasing threshold levels. On/Off (beep enable/disable) control when pushed simultaneously with ADJUST +.
ADJUST +	S2	Input	Pushbutton for increasing volume levels and decreasing threshold levels. On/Off (beep enable/disable) control when pushed simultaneously with ADJUST +.
Line Input	J1	Input	1/8” jack for analog input signal to CS42L51. Up to 2 Vrms signals allowed.
MIC	MK1	Input	Microphone for analog input signal to CS42L51.
Headphone	J2	Output	Headphone or Line - level jack for analog outputs.
S/PDIF IN	OPT1	Input	CS8416 digital audio input via optical cable.

六、总结

CRD42L51参考设计为CS42L51低功耗立体声编解码器提供了一个全面且便捷的评估平台。其超小布局、灵活的用户界面以及丰富的功能特性，使得工程师能够快速验证CS42L51的各项功能，为音频产品的设计和开发提供了有力的支持。在实际应用中，工程师可以根据具体需求，利用这些特性进行进一步的优化和拓展。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。