Faits: A. A.a Prévenu des chefs de menaces (art. 180 CP) et d'utilisation abusive d'une installation de télécommunications (art. 179septies CP), X._ a été renvoyé devant le Tribunal de police du district de Neuchâtel. Au cours de la première audience tenue le 27 mai 2010, la Présidente a tenté en vain la conciliation. Par mandat du 6 juillet 2010, X._ a été cité à comparaître à la nouvelle audience du Tribunal de police fixée au 14 septembre 2010. A.b Le 10 septembre 2010, X._ a requis la récusation de la Présidente à laquelle il reprochait d'avoir fait preuve de prévention à son encontre lors de l'audience du 27 mai 2010. La demande était également motivée par le fait que la magistrate aurait entrepris des actes de procédure ne figurant pas au dossier et dont il était par conséquent impossible de connaître la teneur. A.c X._ ne s'est pas présenté à l'audience du 14 septembre 2010. A titre liminaire, le Tribunal de police - alors présidé par un autre juge - a rejeté la demande de récusation formée à l'encontre de la Présidente. Ensuite, par jugement du même jour rendu sous la présidence de cette dernière, le tribunal a reconnu X._ coupable de menaces et d'utilisation abusive d'une installation de télécommunications et l'a condamné par défaut à quinze jours-amende de 100 francs chacun avec sursis pendant trois ans et au paiement d'une amende de 500 francs. A.d X._ a requis le relief du jugement du 14 septembre 2010 pour le motif que son défaut à l'audience du même jour n'était pas fautif compte tenu de sa demande de récusation. La Présidente du Tribunal de police a rejeté la requête de relief par décision du 23 novembre 2010. B. X._ a recouru contre le jugement du Tribunal de police du 14 septembre 2010 et contre la décision de la Présidente du Tribunal de police du 23 novembre 2010. Par arrêt du 14 mars 2011, la Cour de cassation pénale a partiellement admis le premier recours, considérant que le rejet de la demande de récusation n'avait fait l'objet d'aucune motivation écrite en violation du droit d'être entendu du justiciable. Partant, elle a renvoyé le dossier aux premiers juges afin qu'ils motivent leur décision sur ce point. La juridiction cantonale a en revanche déclaré le second recours irrecevable faute de signature. C. X._, qui conteste le prononcé d'irrecevabilité, interjette un recours en matière pénale contre l'arrêt cantonal. Il requiert en outre l'assistance judiciaire et l'effet suspensif au recours.