SD/TF卡硬件电路设计
- 1 简介
- 2 SD卡和Micro接口定义
- 3 硬件设计要点
- 4 硬件电路实战
1 简介
SD卡按尺寸可以分为：标准SD卡、MiniSD卡、MicroSD卡。SD存储卡是一种基于半导体快闪记忆器的忆器设备。它具有体积小、传输速度快、支持热插拔等优点，在便携式装置领域得到了广泛的应用。Micro SD 作用：一般用于存储芯片的 BOOT 程序，Linux 操作系统内核, 文件系统以及其它的用户数据文件。
SD 卡其主要应用于移动电话，但因它的体积微小和储存容量的不断提高，已经使用于GPS 设备、便携式音乐播放器和一些快闪存储器盘中。它的体积为 15mmx11mmx1mm，差不多相等于手指甲的大小，是现时最细小的记忆卡。现时 MicroSD 卡提供 128MB、256MB、512MB、1G、2G、4G、8G、16G、32G、64G、128G 的容量。
SD 卡大量应用于数码相机、MP3、手机、大容量存储设备,作为这些便携式设备的存储载体,它还具有低功耗、非易失性、保存数据无需消耗能量等特点。SD 卡可以采用 SD总线模式访问,也可以采用 SPI 总线模式访问。
2 SD卡和Micro接口定义
SD 卡的管脚定义和 Micro SD (TF)卡的管脚定义是不一样的。
SD 卡
接口定义:
引脚说明：
| 引脚编号 | 引脚名称 | 功能（SDIO模式） | 功能（SPI模式） |
|---|---|---|---|
| PIN1 | DAT3/CS | 数据线3 | 片选信号 |
| PIN2 | CMD/MOSI | 命令线 | 主机输出，从机输入 |
| PIN3 | VSS1 | 电源地 | 电源地 |
| PIN4 | VDD | 电源 | 电源 |
| PIN5 | CLK | 时钟 | 时钟 |
| PIN6 | VSS2 | 电源地 | 电源地 |
| PIN7 | DAT0/MISO | 数据线0 | 主机输入，从机输出 |
| PIN8 | DAT1 | 数据线1 | 保留 |
| PIN9 | DAT2 | 数据线3 | 保留 |
MicroSD:
接口定义：
| 引脚编号 | 引脚名称 | 功能（SDIO模式） | 功能（SPI模式） |
|---|---|---|---|
| PIN1 | DAT2 | 数据线2 | 保留 |
| PIN2 | DAT3/CS | 数据线3 | 片选信号 |
| PIN3 | CMD/MOSI | 命令线 | 主机输出，从机输入 |
| PIN4 | VDD | 电源 | 电源 |
| PIN5 | CLK | 时钟 | 时钟 |
| PIN6 | VSS | 电源地 | 电源地 |
| PIN7 | DAT0/MISO | 数据线0 | 主机输入，从机输出 |
| PIN8 | DAT1 | 数据线1 | 保留 |
标准 SD 卡 2.0 版本中，工作时钟频率可以达到 50Mhz，在 SDIO 模式下采用 4 位数据位宽，理论上可以达到 200Mbps（50Mx4bit）的传输速率；在 SPI 模式下采用 1 位数据位宽，理论上可以达到 50Mbps 的传输速率。因此 SD 卡在 SDIO 模式下的传输速率更快，同时其操作时序也更复杂。
3 硬件设计要点
- SD 卡是经常拔插的接口器件，原理设计的时候需要考虑静电器件的添加。
- IO 口电平匹配。
- VCC_SD 的电容需要靠近卡座引脚放置进行滤波。
- TF 卡尽量放置在板边，方便插拔，ESD 器件要靠近 TF 卡来放置，走线需要先经过 ESD 器件再进入 SD 卡，不要打孔穿。
- SD 卡走线为单端线，控制阻抗 50 欧姆；
- 所有的信号线尽量走在同一层，这样有利于信号的一致性，走线与高频信号隔开，空间准许的情况下，单根包地，空间紧张的情况下整组进行包地处理，走线需要有完整的参考平面；
- SD 卡的时钟信号，与其他信号线的间距保证 20mil 左右，有空间的情况下，包地处理。
- 组内数据线不要相差太大，需要控制 400mil 以内，走线总长度不要太长尽量控制在 12.5 inch 之内，以提高稳定性和兼容性。
- SD 卡所有的信号线要做等长处理，以时钟线为目标线，误差控制在 300mil以内即可
4 硬件电路实战
电路实战1
RK 发布的参考图采用的存储卡插座是 TF card,如果要更换成 SD card,请注意卡座的封装。TF card 电路兼容 SD2.0/3.0,模块供电为输出可调的 VCCIO_SD,默认为 3.3V 供电, TF 卡供电 VCC_SD 为 3.3V 供电。当插入 SD2.0 存储卡时,模块供电与卡供电均为3.3V,SD 卡正常工作。当插入 SD 3.0 存储卡时,主控芯片识别其为 SD 3.0 存储卡,调节 VCC_SD 供电为 1.8v,以满足高速卡信号要求;同时 TF 卡供电 VCC_SD 通过卡片内部LDO,生成 1.8V 为 T 卡提供电源当使用 SD 3.0 的存储卡时,建议增加上拉电阻上拉到电源 VCCIO SD,以提高数据稳定性。如果需要支持 SD 3.0 的存储卡, ESD 器件请选择结电容小于 10pF 的。
上图中的SD_CD信号用于Micro Card 的热插拔检测，当插上Micro Card时，CD信号会被拉低。SD_CD信号连接到了BANK500上的MIO上，该BANK IO为3.3V，因此该引脚的上拉电平为 3.3V。由于在领航者开发板中，ZYNQ PS 端连接到Micro SD的IO是位于BANK501上面，BANK501的供电电压是1.8V，而Micro SD的工作电压是3.3V，所以要使用电平转换芯片TXS02612RTWR 将3.3V的电平转换为 1.8V的电平。
