CN218299386U - 一种智能切换io电压的sd卡驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，包括电源芯片U1、MCU芯片U2、电源输出端NVCC_SD、输出电压反馈电路和IO电压自动切换电路，输出电压反馈电路连接于电源芯片U1的引脚OUT与接地端之间，IO电压自动切换电路的MOS管Q1的栅极同时电连接MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO，本实用新型针对不同的SD卡支持的协议类型和速度智能自动识别SD卡，并自动智能切换和匹配SD卡驱动总线的带宽和工作频率，自动切换低速模式和高速模式，不但SD卡的兼容性强，传输速率快，读卡稳定性高。

Description

一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路

技术领域

本实用新型涉及存储卡技术领域，尤其是涉及一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路。

背景技术

SD卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性，被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、平板电脑和多媒体播放器等。随着科技的发展，数据体积逐渐变大，因此SD卡的容量和传输速度逐步提升，而现有技术中，SD卡的驱动电路的IO大多数是3.3V电平，驱动电压单一，因此在读写SD卡时速度受到限制，对不同读写速度协议的SD卡兼容性差，数据交互效率低，严重影响应用体验，因此有必要予以改进。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，智能切换工作模式，兼容性高，提升用户体验。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，包括电源芯片U1、电源输出端NVCC_SD、输出电压反馈电路、IO电压自动切换电路和用于电性连接SD卡的SD卡驱动总线，

电源芯片U1的引脚IN电连接直流电源正极，

电源芯片U1的引脚SHDN电连接直流电源正极，

电源芯片U1的引脚OUT电连接电源输出端NVCC_SD，

电源芯片U1的引脚GND与接地端电连接，

MCU芯片U2设置有SD_VSELECT控制IO和供电引脚J6，

IO电压自动切换电路包括电阻R2、电阻R4和MOS管Q1，

电阻R2连接在MOS管Q1的漏极与电源芯片U1的引脚OUT之间，

电阻R4连接在MOS管Q1的栅极与接地端之间，

MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO电连接MOS管Q1的栅极，

MCU芯片U2的供电引脚J6电连接电源输出端NVCC_SD，

MCU芯片通过SD卡驱动总线电性连接SD卡，

电阻R1和电阻R3串联组成输出电压反馈电路，输出电压反馈电路连接于电源芯片U1的引脚OUT与接地端之间，电阻R1和电阻R3之间具有结点A，结点A分别电性连接电源芯片U1的反馈引脚FB和MOS管Q1的源极。

进一步的技术方案中，引脚IN与接地端之间接入有第一稳压滤波电路，第一稳压滤波电路包括电容C1和电容C2，电容C1和电容C2分别连接于引脚IN与接地端之间。

进一步的技术方案中，电源输出端NVCC_SD与接地端之间接入有第二稳压滤波电路，第二稳压滤波电路包括电容C3和电容C4，电容C3和电容C4分别连接于电源输出端NVCC_SD与接地端之间。

进一步的技术方案中，电源芯片U1的型号选用RT9043GB，MCU芯片U2的型号选用MIMXRT1021、MIMXRT1051、MIMXRT1052、MIMXRT1064或MIMXRT1176，MOS管Q1的型号选用2SK3018，直流电源正极选用+5V供电电压。

进一步的技术方案中，MOS管Q1的内部设置有一个栅极保护二极管，栅极保护二极管连接于栅极与源极之间。

进一步的技术方案中，电阻R1的阻值为357KΩ，电阻R2的阻值为140KΩ，电阻R3的阻值为200KΩ，电阻R4的阻值为100KΩ。

进一步的技术方案中，SD卡驱动电路的工作模式包括低速模式和高速模式，

在SD_VSELECT控制IO的电压为低电平时SD卡驱动电路处于低速模式，在低速模式的工作状态下，MOS管Q1栅源电压小于0V，MOS管Q1处于截止状态，电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+R1/R3)*1.2；

在SD_VSELECT控制IO的电压为高电平时SD卡驱动电路处于高速模式，在高速模式的工作状态下，MOS管Q1栅源电压大于导通阈值1.5V，MOS管Q1处于导通状态，在MOS管Q1处于导通状态时电阻R1和电阻R2并联，电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+(R1*R2)/(R1+R2)/R3)*1.2。

进一步的技术方案中，MCU芯片U2设置有一个SD卡控制单元，SD卡控制单元电性连接SD卡驱动总线，用于兼容读取连接于SD卡驱动总线的SD卡的SD卡信息并确认该SD卡支持的协议类型和速度；

在MCU芯片U2初始化时SD卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率设置为400KHz，SD卡控制单元通过MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO输出一个电平控制信号，在电源芯片U1接收SD_VSELECT控制IO的电平控制信号后SD卡控制单元设置SD卡驱动总线的带宽为4bit；

在电源输出端NVCC_SD的电压为3.3V时SD卡驱动总线设置有对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5MB/sec的速率模式25MHz和对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为25MB/sec的速率模式50MHz；

在电源输出端NVCC_SD的电压为1.8V时SD卡驱动总线设置有速率模式SDR12、速率模式SDR25、速率模式SDR50、速率模式SDR104以及速率模式DDR50；

速率模式SDR12的工作频率设置为25MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为12.5MB/sec，

速率模式SDR25的工作频率设置为50MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为25MB/sec，

速率模式SDR50的工作频率设置为100MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50MB/sec，

速率模式SDR104的工作频率设置为208MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为104MB/sec，

速率模式DDR50的工作频率设置为50MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50MB/sec。

本实用新型和现有技术相比所具有的优点是：本实用新型针对不同的SD卡支持的协议类型和速度智能自动识别SD卡，并自动智能切换和匹配SD卡驱动总线的带宽和工作频率，自动切换低速模式和高速模式，不但SD卡的兼容性强，传输速率快，读卡稳定性高，延长SD卡的使用寿命；驱动电路结构简单，便于批量生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理图。

图中：

10、第一稳压滤波电路；

20、第二稳压滤波电路；

30、输出电压反馈电路；

40、IO电压自动切换电路；

50、SD卡控制单元。

具体实施方式

以下仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。

一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，如图1所示，包括电源芯片U1、电源输出端NVCC_SD、输出电压反馈电路30、IO电压自动切换电路40和用于电性连接SD卡的SD卡驱动总线，电源芯片U1的引脚IN电连接直流电源正极，电源芯片U1的引脚SHDN电连接直流电源正极，电源芯片U1的引脚OUT电连接电源输出端NVCC_SD，电源芯片U1的引脚GND与接地端电连接，MCU芯片U2设置有SD_VSELECT控制IO和供电引脚J6，IO电压自动切换电路40包括电阻R2、电阻R4和MOS管Q1，电阻R2连接在MOS管Q1的漏极与电源芯片U1的引脚OUT之间，电阻R4连接在MOS管Q1的栅极与接地端之间，MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO电连接MOS管Q1的栅极，MCU芯片U2的供电引脚J6电连接电源输出端NVCC_SD，MCU芯片通过SD卡驱动总线电性连接SD卡，电阻R1和电阻R3串联组成输出电压反馈电路30，输出电压反馈电路30连接于电源芯片U1的引脚OUT与接地端之间，电阻R1和电阻R3之间具有结点A，结点A分别电性连接电源芯片U1的反馈引脚FB和MOS管Q1的源极。

传统的SD卡驱动电路的IO电压一般为3.3V，读写速度也因此受限，而本实用新型针对不同的SD卡支持的协议类型和速度智能自动识别SD卡，并自动智能切换和匹配SD卡驱动总线的带宽和工作频率，自动切换低速模式和高速模式，不但SD卡的兼容性强，传输速率快，读卡稳定性高，延长SD卡的使用寿命；驱动电路结构简单，便于批量生产。

引脚IN与接地端之间接入有第一稳压滤波电路10，第一稳压滤波电路10包括电容C1和电容C2，电容C1和电容C2分别连接于引脚IN与接地端之间。电容C1和电容C2组成第一稳压滤波电路10，在输入电压负载环境温度电路参数等发生变化时保持电压恒定，保护SD卡驱动电路，延长SD卡驱动电路的使用寿命，提高稳定性。

电源输出端NVCC_SD与接地端之间接入有第二稳压滤波电路20，第二稳压滤波电路20包括电容C3和电容C4，电容C3和电容C4分别连接于电源输出端NVCC_SD与接地端之间。电容C3和电容C4组成第二稳压滤波电路20，在电压负载环境温度电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定，保护SD卡，延长SD卡的使用寿命，提高稳定性。

具体地，电源芯片U1的型号选用RT9043GB，MCU芯片U2的型号选用MIMXRT1021、MIMXRT1051、MIMXRT1052、MIMXRT1064或MIMXRT1176，MOS管Q1的型号选用2SK3018，直流电源正极选用+5V供电电压。电阻R1的阻值为357KΩ，电阻R2的阻值为140KΩ，电阻R3的阻值为200KΩ，电阻R4的阻值为100KΩ。MOS管Q1的内部设置有一个栅极保护二极管，栅极保护二极管连接于栅极与源极之间，栅极保护二极管防止反接导致烧毁损坏MOS管Q1。

具体地，SD卡驱动电路的工作模式包括低速模式和高速模式，

低速模式是指SD_VSELECT控制IO的电压为0V时的工作模式，在SD卡驱动电路处于低速模式时SD卡驱动电路处于数据传输速度(读/写)不大于25MB/sec的工作状态；

高速模式是指SD_VSELECT控制IO的电压为3.3V时的工作模式，在SD卡驱动电路处于高速模式时SD卡驱动电路处于数据传输速度(读/写)不大于104MB/sec的工作状态；

在SD_VSELECT控制IO的电压为低电平时SD卡驱动电路处于低速模式，在低速模式的工作状态下，MOS管Q1栅源电压小于0V，MOS管Q1处于截止状态，电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+R1/R3)*1.2；根据电阻R1的阻值357KΩ和电阻R3的阻值200KΩ，即电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+357K/200K)*1.2＝3.342V，即电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压为3.3V，此时SD卡处于低速读写状态。

在SD_VSELECT控制IO的电压为高电平时SD卡驱动电路处于高速模式，在高速模式的工作状态下，MOS管Q1栅源电压大于导通阈值1.5V，MOS管Q1处于导通状态，在MOS管Q1处于导通状态时电阻R1和电阻R2并联，电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+(R1*R2)/(R1+R2)/R3)*1.2。根据电阻R1的阻值357KΩ、电阻R2的阻值为140KΩ和电阻R3的阻值200KΩ，电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+(357K*140K)/(357+140K)/200K)*1.2＝1.803V，即电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压为1.8V，此时SD卡处于高速读写状态。

具体地，MCU芯片U2设置有一个SD卡控制单元50，SD卡控制单元50电性连接SD卡驱动总线，用于兼容读取连接于SD卡驱动总线的SD卡的SD卡信息并确认该SD卡支持的协议类型和速度；在MCU芯片U2初始化时SD卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率设置为400KHz，SD卡控制单元50通过MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO输出一个电平控制信号，在电源芯片U1接收SD_VSELECT控制IO的电平控制信号后SD卡控制单元50设置SD卡驱动总线的带宽为4bit；

在电源输出端NVCC_SD的电压为3.3V时SD卡驱动总线设置有对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5MB/sec的速率模式25MHz和对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为25MB/sec的速率模式50MHz；

在电源输出端NVCC_SD的电压为1.8V时SD卡驱动总线设置有速率模式SDR12、速率模式SDR25、速率模式SDR50、速率模式SDR104以及速率模式DDR50；速率模式SDR12的工作频率设置为25MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为12.5MB/sec，速率模式SDR25的工作频率设置为50MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为25MB/sec，速率模式SDR50的工作频率设置为100MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50MB/sec，速率模式SDR104的工作频率设置为208MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为104MB/sec，速率模式DDR50的工作频率设置为50MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50MB/sec。

根据SD卡的驱动初始化协议，上电时电源输出端NVCC_SD的默认电压为3.3V，MCU芯片U2的初始化流程如下：

先通过SD卡控制单元50将SD卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率为400KHz，SD卡驱动电路进入卡识别模式，再通过SD卡驱动总线读取该SD卡的SD卡信息，SD卡信息包括SD卡的ACMD41指令或CMD41指令的返回信息，以实现确认该SD卡支持的协议类型和速度，再通过SD_VSELECT控制IO输出高电平或低电平，然后SD卡控制单元50将SD卡驱动总线的带宽设置为4bit，SD卡驱动电路自动切换至数据传输模式，当电源输出端NVCC_SD的电压为3.3V的时候速率模式为25MHz和50MHz，对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5MB/sec和25MB/sec。

当电源输出端NVCC_SD的电压为1.8V的时候速率模式为SDR12为25MHz、SDR25为50MHz、SDR50为100MHz、SDR104为208MHz、DDR50为50MHz。对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为SDR12为12.5MB/sec、SDR25为25MB/sec、SDR50为50MB/sec、SDR104为104MB/sec、DDR50为50MB/sec。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：包括电源芯片U1、电源输出端NVCC_SD、输出电压反馈电路(30)、IO电压自动切换电路(40)和用于电性连接SD卡的SD卡驱动总线，

电源芯片U1的引脚IN电连接直流电源正极，

电源芯片U1的引脚SHDN电连接直流电源正极，

电源芯片U1的引脚OUT电连接电源输出端NVCC_SD，

电源芯片U1的引脚GND与接地端电连接，

MCU芯片U2设置有SD_VSELECT控制IO和供电引脚J6，

IO电压自动切换电路(40)包括电阻R2、电阻R4和MOS管Q1，

电阻R2连接在MOS管Q1的漏极与电源芯片U1的引脚OUT之间，

电阻R4连接在MOS管Q1的栅极与接地端之间，

MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO电连接MOS管Q1的栅极，

MCU芯片U2的供电引脚J6电连接电源输出端NVCC_SD，

MCU芯片通过SD卡驱动总线电性连接SD卡，

电阻R1和电阻R3串联组成输出电压反馈电路(30)，输出电压反馈电路(30)连接于电源芯片U1的引脚OUT与接地端之间，电阻R1和电阻R3之间具有结点A，结点A分别电性连接电源芯片U1的反馈引脚FB和MOS管Q1的源极。

2.根据权利要求1所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：所述引脚IN与所述接地端之间接入有第一稳压滤波电路(10)，第一稳压滤波电路(10)包括电容C1和电容C2，电容C1和电容C2分别连接于引脚IN与接地端之间。

3.根据权利要求1所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：所述电源输出端NVCC_SD与所述接地端之间接入有第二稳压滤波电路(20)，第二稳压滤波电路(20)包括电容C3和电容C4，电容C3和电容C4分别连接于电源输出端NVCC_SD与接地端之间。

4.根据权利要求1所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：所述电源芯片U1的型号选用RT9043GB，所述MCU芯片U2的型号选用MIMXRT1021、MIMXRT1051、MIMXRT1052、MIMXRT1064或MIMXRT1176，所述MOS管Q1的型号选用2SK3018，所述直流电源正极选用+5V供电电压。

5.根据权利要求1所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：所述MOS管Q1的内部设置有一个栅极保护二极管，栅极保护二极管连接于所述栅极与所述源极之间。

6.根据权利要求1所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：所述电阻R1的阻值为357KΩ，所述电阻R2的阻值为140KΩ，所述电阻R3的阻值为200KΩ，所述电阻R4的阻值为100KΩ。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：所述SD卡驱动电路的工作模式包括低速模式和高速模式，

在所述SD_VSELECT控制IO的电压为低电平时SD卡驱动电路处于低速模式，在低速模式的工作状态下，所述MOS管Q1栅源电压小于0V，MOS管Q1处于截止状态，所述电源芯片U1输出至所述电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+R1/R3)*1.2；

在SD_VSELECT控制IO的电压为高电平时SD卡驱动电路处于高速模式，在高速模式的工作状态下，MOS管Q1栅源电压大于导通阈值1.5V，MOS管Q1处于导通状态，在MOS管Q1处于导通状态时所述电阻R1和所述电阻R2并联，电源芯片U1输出至电源输出端NVCC_SD的电压设置为(1+(R1*R2)/(R1+R2)/R3)*1.2。

8.根据权利要求7所述的一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，其特征在于：

所述MCU芯片U2设置有一个SD卡控制单元(50)，SD卡控制单元(50)电性连接所述SD卡驱动总线，用于兼容读取连接于SD卡驱动总线的SD卡的SD卡信息并确认该SD卡支持的协议类型和速度；

在MCU芯片U2初始化时SD卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率设置为400KHz，SD卡控制单元(50)通过MCU芯片U2的所述SD_VSELECT控制IO输出一个电平控制信号，在所述电源芯片U1接收SD_VSELECT控制IO的电平控制信号后SD卡控制单元(50)设置SD卡驱动总线的带宽为4bit；

在所述电源输出端NVCC_SD的电压为3.3V时SD卡驱动总线设置有对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5MB/sec的速率模式25MHz和对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率为25MB/sec的速率模式50MHz；

在电源输出端NVCC_SD的电压为1.8V时SD卡驱动总线设置有速率模式SDR12、速率模式SDR25、速率模式SDR50、速率模式SDR104以及速率模式DDR50；

速率模式SDR12的工作频率设置为25MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为12.5MB/sec，

速率模式SDR25的工作频率设置为50MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为25MB/sec，

速率模式SDR50的工作频率设置为100MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50MB/sec，

速率模式SDR104的工作频率设置为208MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为104MB/sec，

速率模式DDR50的工作频率设置为50MHz、对应的SD卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50MB/sec。

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