Анатомия MSI MEGA PLAYER 533 Lite

Благодаря успехам полупроводниковых и компьютерных технологий, многие широко известные электронные изделия стремительно уменьшаются в размерах, обретая новые потребительские свойства. Как пример таких устройств можно привести аудиоплееры. Их стремительная эволюция хорошо иллюстрирует процессы, происходящие в секторе потребительской электроники (Consumer Electronics). В результате данной эволюции аналоговые портативные устройства быстро вытесняются миниатюрными цифровыми моделями.

Несмотря на свою миниатюрность, новые устройства способны автономно обрабатывать аудиоконтент, используя распространенные алгоритмы кодирования/раскодирования звука типа MP3. Как признание этого факта, цифровые аудиоплееры часто называют «MP3-плеерами». Широта же диапазона функциональных возможностей этих устройств зависит от используемых элементов.

Необходимо отметить, что современные аудиоплееры создаются на основе высокоинтегрированных микросхем. В состав этих микросхем в последнее время входят ядра сравнительно мощных процессоров, дополненных интерфейсными цепями, средствами взаимного преобразования цифровых и аналоговых сигналов, памятью и т. п. Перечисленные элементы входят в состав всех аудиоплееров, включая дешёвые модели, созданные на основе всего лишь нескольких микросхем. В этом можно убедиться на примере внутреннего устройства аудиоплеера MSI MEGA PLAYER 533 Lite (MS-5533) уровня Low End.

Основные параметры

Таблица 1. Основные параметры модели MEGA PLAYER 533 Lite

В состав всех плееров входит энергонезависимая память, служащая для работы и длительного, практически неограниченного времени хранения аудиоинформации даже после электрического обесточивания электронной схемы плеера. Как следует из приведённой таблицы, для хранения аудиоконтента в данной модели используется флэш-память. Обычно это является как достоинством моделей Low End (плюсы – компактность и низкая цена), так и недостатком (минус – небольшой информационный объём). Последнее особенно досадно, поскольку требует регулярного доступа к компьютеру, с помощью которого осуществляется обновление информации.

В рассматриваемой модели данная проблема решена с помощью встроенного слота SD и использования соответствующих карточек. Доступ к данному разъёму осуществляется после снятия задней крышки (рис. 2).

Присутствие встроенного слота SD обеспечивает дополнительные потребительские свойства. Так, например, модель MSI MEGA PLAYER 533 Lite, кроме основного назначения, можно успешно использовать в качестве карт-ридера и компактного внешнего мобильного накопителя со сменными флэш-картами.

Оценивая параметры аудиоплеера MSI MEGA PLAYER 533 Lite, необходимо отметить, что в рамках семейства MEGA PLAYER 533 выпущены модели, имеющие более широкий диапазон возможностей. Однако их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.

Внутреннее устройство

Все возможности аудиоплеера обеспечиваются соответствующей электронной начинкой. Среди используемых радиолементов центральное место, очевидно, занимает микросхема, содержащая аудиопроцессор.

Упрощённая схема архитектуры типичного цифрового аудиоплеера уровня Low End, рассчитанного исключительно на воспроизведение аудиоконтента, приведена на Рис. 2.

Замена в портативных аудиосистемах аналоговых носителей информации, ранее представленных в основном магнитными лентами, внесла соответствующие коррективы в используемые компоненты и архитектуру. Несмотря на обилие схемотехнических решений, основные принципы остаются неизменными. И заключаются они, прежде всего, в преобразовании аналоговых сигналов, несущих информацию о звуке, в цифровой код.

Эту операцию осуществляет так называемый аналого-цифровой преобразователь – АЦП (ADC, Analog-to-Digital Converter). Принцип его работы заключается в измерении уровней напряжения входного сигнала через равные промежутки времени со сравнительно большой частотой. Эта частота соответствует минимум удвоенной частоте верхней составляющей частотного спектра аудиосигнала. Это означает, что если верхняя частота плеера составляет 20 кГц, то частота, с которой осуществляется измерение, должна быть минимум 40 кГц.

Измеренные значения АЦП преобразует в многоразрядный двоичный цифровой код. От числа используемых разрядов зависит диапазон двоичного представления полезного сигнала – от самых малых до максимально возможных значений. Соответственно, все измеренные уровни аудиосигнала соответствуют цифровым значениям, расположенным в диапазоне двоичных чисел от всех нулей до всех единиц. Остаётся отметить, что при 16 разрядах, составляющих 2 байта, как у традиционного аудио-CD, возможный диапазон составляет более 90 дБ.

Высокий темп снятия отсчётов и выполнения преобразований гарантирует широкий частотный диапазон, а шестнадцатиразрядное кодирование – большой динамический диапазон. Однако всё это порождает файлы значительного размера, требующие для своего хранения соответствующих объёмов встроенной энергонезависимой памяти. Так, например, 60 минут качества CD – это примерно 600 Мбайт. Для экономии объёма памяти используют кодирование с использованием различных алгоритмов сжатия. Широкое распространение получили алгоритмы MP3, а также WMA.

Обеспечивая приемлемое снижение качества аудиосигнала, указанные алгоритмы сжатия существенно уменьшают размеры файлов. Так, например, сжатие MP3 до значения потока данных в 128 Кбит/с (самый распространённый уровень сжатия для музыкальной информации) сокращает размер аудиофайла примерно в 10 раз. А использование потока в 256 Кбит/с обеспечивает сокращение размера файла примерно в пять раз. При этом качества, обеспечиваемого 128 Кбит/с MP3, как считает, пожалуй, большинство пользователей, вполне достаточно при использовании миниатюрных головных телефонов.

Преобразование исходного цифрового сигнала, источником которого служит, например, аудио-CD, осуществляется либо с помощью настольного персонального компьютера, либо ноутбука с последующим «закачиванием» преобразованного файла посредством ставших стандартными портов USB в цифровой аудиоплеер.

Обработанный сигнал записывается в энергонезависимую память, откуда во время воспроизведения аудиоинформации он подвергается обратному преобразованию из сжатого состояния в обычный несжатый цифровой код. Эту операцию осуществляет аудиопроцессор.

Ну а из несжатого цифрового кода обратно в аналоговый сигнал преобразование выполняет соответствующий элемент – цифро-аналоговый преобразователь – ЦАП (DAC, Digital-to-Analog Converter), встроенный также в электронную «начинку» аудиоплеера.

Дальнейшее усиление аналогового сигнала осуществлют специальные электронные цепи, выполненные на транзисторах, специализированных микросхемах, либо встроенные с аудиопроцессором и ЦАП в единую микросхему.

Вариантов схемных реализаций может быть много. С одним из них мы ознакомимся, вскрыв модель MSI MEGA PLAYER 533 Lite.

Внимание. Ни автор, ни сайт не несут ответственности за нарушение работы устройств вследствие их непрофессиональной разборки.

Доступ к внутреннему устройству обеспечивается после снятия фронтальной панели корпуса аудиоплеера (Рис. 4)

В составе аудиоплеера MSI MEGA PLAYER 533 Lite используется одна печатная плата с двусторонним расположением элементов.

На одной стороне расположены две микросхемы, внешние разъёмы под головные телефоны и USB. Рядом с разъёмами находятся индикаторный светодиод (пластиковый цилиндрик) и кварцевый резонатор (в металлическом корпусе) тактового генератора. К слову сказать, используется двуцветный светодиод, способный светиться как жёлтым, так и зелёным цветом. Режимы работы индицируются цветом, а также непрерывным или прерывистым свечением.

Рядом с отсеком источника питания, в качестве которого может использоваться щелочной (Alkaline) элемент 1,5 В форм-фактора ААА или, как показывает опыт, соответствующий Ni-MH аккумулятор, расположены три контакта нефиксируемых кнопок управления аудиоплеером. Они выполняют функции (перечисление сверху вниз): «перемотки вперед», «перемотки назад», «включения / паузы / выключения». В торце аудиоплеера (на Рис. 5 слева) расположены кнопки регулировки громкости.

Как видно из привёденного фото, на печатной плате присутствуют незадействованные контакты и свободные площадки. По всей видимости, эта же плата используется и в других моделях семейства MEGA PLAYER 533, обладающих расширенным набором функций. Отличие же заключается в наборе используемых элементов. Отмеченные контакты и площадки на поверхности печатной платы представляют собой задел под модели с расширенными возможностями. Что же касается рассматриваемого аудиоплеера MSI MEGA PLAYER 533 Lite, то не следует забывать, что данная модель является самой простой и дешёвой в упомянутом семействе.

Обратная сторона печатной платы модели MSI MEGA PLAYER 533 Lite представлена на Рис. 6.

На этой стороне, кроме ряда пассивных элементов, расположены слот SD и переключатель блокирования кнопок управления. Этот переключатель расположен над разъёмом USB. Слева виден пружинный контакт электропитания.

Возвращаясь к Рис. 5, необходимо отметить, что отмеченные микросхемы являются единственными в архитектуре аудиоплеера MSI MEGA PLAYER 533 Lite.

Одна из них имеет наименование K9F1G08U0A-PIB0 и выпущена фирмой Samsung. Данная микросхема выполняет в аудиоплеере функции встроенной флэш-памяти.

Согласно техническому описанию, найденному на сайте Samsung, эта микросхема является NAND Flash Memory 1 Gbit с организацией 128 M x 8 bit. Выполнена в корпусе 48 Pin TSOP 1 (12 x 20 х 0.5 мм). Напряжение питания – 3,3 В (2,7-3,6 В).

Кстати, для представленного экземпляра аудиоплеера объявлено 128 Мбайт встроенной флэш-памяти, однако в действительности пользователям доступно несколько меньше: 126247936 байт (120,4 Мбайт).

Вторая микросхема представляет собой высокоинтегрированный контроллер, созданный компанией SigmaTel. Эта микросхема, имеющая наименование SIGMATEL STMP3502, специально спроектирована для устройств потребительской электроники.

Фрагмент печатной платы с указанными микросхемами представлен на Рис. 7.

Данная микросхема входит в семейство SIGMATEL STMP 35xx. Высокоинтеогрированные микросхемы данного семейства, к которым относятся STMP3502, 3503, 3505, 3506, 3510, 3520, 3550, 3560, обеспечивают поддержку большого числа функций. Среди них:

• декодирование файлов MP3 и WMA, после апгрейда прошивки возможны и другие форматы;
• кодирование в MP3 от микрофона, FM или аудио через линейный вход);
• запись голосовой информации в формате ADPCM;
• поддержка DRM (Digital Rights Management);
• формирование ID для DRM;
• поддержка большого количества интерфейсов памяти (SLC или MLC NAND Flash, SmartMedia, MMC, Secure Digital, CompactFlash);
• внутренние преобразователи напряжения (DC-DC) обеспечивают гибкое управление потребляемой энергией;
• возможность работы до 50 часов от одиночного элемента питания AA, возможны конфигурации с 1xAAA, 2xAA, 2xAAA, Li-lon;
• поддержка GPIO, LED/LCD;
• управление работой FM-тюнера, уровнями записи и громкости воспроизведения;
• контроль за состоянием батареи питания, осуществляемый компонентой LRADC (Low Resolution Analog to Digital Converter);
• воспроизведение аудиоинформации с уровнем искажений на телефонном выходе менее 0,05% (THD), SNR более 94 дБ (Line-in to Line-out);
• возможность смены прошивки (firmware);
• контроль высоких и низких частот (Bass, Treble), а также нескольких частот;
• графический EQ;
• поддержка плейлиста и других функций.

О возможностях используемой в аудиоплеере MSI MEGA PLAYER 533 Lite микросхемы STMP3502 можно судить по данным, приведённым в Таблице 2 (данные взяты из документа «MP3 Flash Player Solution. Application brif»). В этой таблице приведены основные параметры микросхем семейства SIGMATEL STMP 35xx, включая SIGMATEL STMP3502.

Таблица 2. Микросхемы семейства SIGMATEL STMP 35xx.

Архитектура внутреннего устройства микросхем семейства SIGMATEL STMP 35xx приведена на Рис. 8 (за основу взята схема из документа «MP3 Flash Player Solution. Application brif»).

Как видно из данных, приведённых в Таблице 2 и на Рис. 8, в аудиоплеере MSI MEGA PLAYER 533 Lite возможности микросхемы SIGMATEL STMP3502 используются не полностью. Действительно, в архитектуре описываемой модели аудиоплеера отсутствует и микрофон, и FM-тюнер, нет и встроенного дисплея. Соответственно этому, отсутствуют и функции, связанные с данными компонентами. Но нельзя забывать, что модель MSI MEGA PLAYER 533 Lite позиционируется как Low End с соответствующей ценой. Именно этим и объясняется простота конструкции и ограниченность функциональных возможностей. Тем не менее, описанную архитектуру можно рассматривать как один из типовых вариантов, основанных на использовании экономичных высокоинтегрированных микросхем.

Что же касается возможностей и архитектуры других изделий, то это тема уже других статей.