JP2004508621A - 不揮発性メモリ・カードおよび入出力カードの相互接続および操作 - Google Patents

Abstract

個別になったデータ入出力カードを押し込んだときに、この上にあるコネクタと電気的および機械的に結合するコネクタを含むように、超小型不揮発性メモリ・カードを変更したものである。入出力カードは、メモリ・カードが接続されるホストを介する必要なしに、外部デバイスと不揮発性メモリとの間でデータを直接転送する。入出力カードは有線または無線通信チャンネルによって外部デバイスと通信する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、取り外し可能な電気回路カードの使用と構造に関し、特に不揮発性メモリ・カードと入出力（Ｉ／Ｏ）カードとの相互接続およびこれらの使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的になった様々な市販品の不揮発性メモリ・カードは、超小型で機械的および／または電気的なインタフェースを有している。例えば、本発明の譲受人であるカリフォルニア州サニーべールのサンディスク　コーポレイションから販売されている、関連したマルチメディアカード（「ＭＭＣ」）やセキュアデジタル（「ＳＤ」）メモリ・カードなどがある。他にも、国際規格化機構（「ＩＳＯ」）および国際電気規格会議（「ＩＥＣ」）の規格、例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６規格として公知であり広く使われている規格に従ったカードもある。
【０００３】
ＭＭＣに関する物理的および電気的な規格は、カリフォルニア州クパチーノにあるマルチメディアカード協会（ＭｕｔｉＭｅｄｉａＣａｒｄ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ”（「ＭＭＣＡ」））が発行し随時更新する“マルチメディアカード・システム仕様”にある。本明細書中では、特に、この規格の２．１１版および２．２版、更新はそれぞれ１９９９年６月および２０００年１月、を参照として引用している。カード一枚の記憶容量が様々な、最大で６４メガバイトのＭＭＣ製品がサンディスク　コーポレイションから現在市販されており、１２８メガバイトの容量のものが近い将来市販されると思われる。これらの製品は２０００年４月にサンディスク　コーポレイションによって発行された“マルチメディアカード製品マニュアル”改訂第２版に記載されており、このマニュアルは本明細書中に参照として引用されている。また、サンディスク　コーポレイションが譲受人である１９９８年１１月４日出願のトーマス　Ｎ．トゥームとミッキー・ホルツマンによる同時継続出願第０９／１８５，６４９号および第０９／１８６，０６４号にＭＭＣ製品の電気的操作の一形態が記載されている。カードの物理的構造およびその製造方法はサンディスク　コーポレイションが譲受人である米国特許第６，０４０，６２２号に記載されている。これら２つの特許出願および特許も、本明細書中に参照として引用されていることはいうまでもない。
【０００４】
より新型のＳＤカードはＭＭＣカードに似ており、増設メモリチップを提供するために厚みを増やしたこと以外は同様のサイズを有する。これらのカードの主な違いとして、ＳＤカードにはカードとホストとの間でより速くデータを転送できるようにデータ接触部が追加されている点が挙げられる。ＳＤカードを収容するように設計されたソケットがＭＭＣカードも収容できるようにするため、ＳＤカードの残りの接触部はＭＭＣカードのものと同じである。ＳＤカードにある電気的インタフェースはさらに大部分が、上記規格の２．１１版に記載されたＭＭＣ製品と下位互換性をもつように作られている。これは、両方のタイプのカードに適用させるためのホストの操作変更を少なくする必要があるからである。２０００年８月１７日出願の米国特許出願第０９／６４１，０２３号には、ＳＤカードの一形態が記載されており、本明細書中で参照として引用されている。
【０００５】
ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６規格に従って作られたカードは、ＭＭＣおよびＳＤカードとは形が異なり、異なる位置に面接触部を有し、異なる電気的なインタフェースを有する。ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６規格は、その表題が「識別カード−接触型集積回路カード（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃａｒｄｓ − Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（ｓ） Ｃａｒｄｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｔａｃｔｓ）」であって、１９９４年から２０００年にかけて各データが掲載された１〜１０章からなる。この規格は本明細書中で参照として引用されている。なお、これの印刷物はスイスのジェノバにあるＩＳＯ／ＩＥＣで入手できる。ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６カードは、無許可の方法によるデータの読出しを極めて困難なものにするあるいは不可能にする安全な方法でデータを格納しなければならないアプリケーションにおいて特に有用である。小型のＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６カードは、一般に、アプリケーションの中でも特に携帯電話に使用されている。
【０００６】
現在のところ、データは、メモリ・カードが接続されているホストシステムによって、メモリ・カードと所定の外部デバイスとの間で転送される。そのようなメモリ・カードを使用するホストシステムのすべてが、ある種のデータや大量データを早くて効率的で便利な方法で上記のように転送するのに特に適しているとは限らない。
【０００７】
（発明の開示）
したがって、本発明は、簡潔に言うと、一般に、メモリ・カードに電気的および機械的に結合される個別になった入出力カードを利用し、メモリ・カードがホストシステムに挿入されると、データをホストシステムに通す必要なく、入出力カードを介してメモリからそしてメモリへと直接データ転送が行われるようにしたものである。メモリ・カードでこのようなデータ転送を直接行っている間、ホストは両カードに対して電力、クロック信号、およびその他考えられる同様な動作支援をするものを供給し、それ以外のことはホストシステムから独立してデータ転送を遂行するのが好ましい。メモリ・カードのコントローラは、メモリ・カードと入出力カードとの間のこのような直接データ転送のコントローラとしても動作できるよう変更されている。
【０００８】
好ましい形態では、メモリおよび入出力カードを相互に横方向に押したとき容易ではあるがしっかりとラッチのかかるコネクタが、カードの合わさる縁部同士の上に形成されることにより、２枚のカードは、単一のカードとして扱われるような１構成単位を形成することになる。カード・コネクタの一方は、例えば、弾力性のある金属フィンガを含み、コネクタ同士を相互に押せば、フィンガの間にもう一方のカード・コネクタの嵌合金属ピンあるいはプリント回路基板の縁部導体が挿入される。二つのコネクタを相互に押してしまえば、これらの間が自動的にかみ合ってラッチがかかり、これによってコネクタが不意に分離しないようになる。コネクタを取り付けるためには、個別に回転させたり、他の動作をさせる必要がなく、また、ラッチに係わる別の操作も必要ない。
【０００９】
本発明の詳細、特徴、および利点についてさらに以下の記載で明らかにしていくが、この記載は添付の図面と組み合わせてなされるべきものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、上記従来の技術の欄で要約した１タイプ以上の市販されているメモリ・カードの挿入および取り外しをユーザが行うことができるソケット３３を含むホスト電子システム３１が示されている。ホスト３１は、デスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータとすることができ、上記のようなメモリ・カードを収容するソケット３３を含む。このようなカード・ソケットを含むホストシステムの他の例としては、ハンドヘルドコンピュータ、個人情報機器、他の携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、携帯電話、音楽プレーヤ、および同種のものといった様々な携帯用電子機器が挙げられる。さらに、オートラジオおよび全地球測位システム（「ＧＰＳ」）受信機もこのようなメモリ・カード・ソケットを有することができる。本発明で改良された点として、メモリ・カード・ソケットを含む多種多様なホストシステムへの適用が挙げられる。
【００１１】
本明細書で示された例にはＳＤカードが記載されているが、本発明は、所定のタイプのメモリ・カードの何れかを用いた実施形態に制限されるものではないことは明らかである。図２は、ＳＤカード３５および嵌合ソケット３３の物理的な構成が示されている。ＳＤカードの形は長方形で、面積が２４ミリメートル×３２ミリメートル、厚さ２．１ミリメートルであり、カードの長辺に沿った１．４ミリメートル厚の狭いレール（図２では図示せず）を有する。本発明は、多種多様なサイズの何れかのサイズを有するメモリ・カードにおいて実施可能であるが、長さ５０ミリメートル未満、幅４０ミリメートル未満、および厚み３ミリメートル未満であるメモリ・カードを備えれば、有用性が高くなる。
【００１２】
ＳＤカード３５は９つの面電気接触部１０〜１８を含む。接触部１３、１４および１６は、ホストシステムソケット３３への挿入時に、電源（Ｖ_ＳＳ、Ｖ_ＤＤおよびＶ_ＳＳ２ ）に接続される。カード接触部１５はホストからクロック信号（ＣＬＫ）を受信する。接触部１２はホストからコマンド（ＣＭＤ）を受信し、ホストに応答および状態信号を送る。残りの接触部１０、１１、１７および１８（それぞれＤＡＴ２、ＤＡＴ３、ＤＡＴ０、ＤＡＴ１）は、その不揮発性メモリで格納するデータを並行して受信し、メモリからホストへデータを並行して送る。使用目的によってはデータ接触部の数の少ないものを選択でき、例えば、単一のデータ接触部１７とすることもできる。ホストとカードとの間のデータ転送の最大速度は、使用される並列データ経路の数によって制限される。上記従来の技術の欄に記載されたＭＭＣカードは同様の配置の接触部およびインタフェースを有するが、データピン１０および１８が省かれ、接触部１１が使用されず予備として提供される。ＭＭＣカードは、カードの厚みがわずか１．４ミリメートルであるという点を除けば同様な面積を有し、単一のデータ接触部１７を有するという点を除けばＳＤカードと同様に動作する。カード３７の接触部は、ソケット３３の各ピン２０〜２８を通じてそのホストシステムに接続されている。
【００１３】
本発明は、３６で示したようなコネクタの追加によってメモリ・カード３５のようにメモリ・カードを変更することを含む。図１の３５’で特定したものは変更が済んだカードである。コネクタ３６が入出力カード３７の嵌合コネクタに取り付けられると、２枚のカードは機械的および電気的に結合する。入出力カード３７は、通信経路４１を介して他の所定のシステム３９と直接通信する。通信経路４１は、赤外線または無線周波信号の使用等によって無線にしてもよいし、あるいは有線接続を含んでもよい。有線の場合、入出力カード３７は、有線に取り付けられるプラグを着脱可能に収容する外部ソケットを含む。無線の場合、無線周波通信を使用する場合、あるいは赤外線通信を利用する際に例えば赤外線エミッタおよび検出器を使用する場合、カード３７は内部にアンテナを含む。無線周波データ通信のための新たな規格が、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ仕様として発行されている。これは、ウィルソンとクロンツとによって検討されたもので、２０００年３月のＤｒ．Ｄｏｂｂ’ｓ　Ｊｏｕｒｎａｌ（６２ページから始まる）および２０００年４月の同雑誌（５８ページから始まる）に掲載された『Ｉｎｓｉｄｅ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　Ｐａｒｔ　Ｉ』および『Ｉｎｓｉｄｅ　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ　Ｐａｒｔ　ＩＩ』という題名の２つの論文で示されたものである。これらの論文は本明細書中に参照として引用されている。通信経路４１を介したデータ転送は、通常、２方向でなされるが、特定の用途により１方向あるいはそれ以外に限定することはもちろん可能である。
【００１４】
複数ある入出力機能のうち１つ以上の機能をカード３７に含めることができる。通信システム３９が電話システムである場合、モデムはその一例である。一般的なデータ転送機能の実用性は高いと考えられている。これは、ユーザが転送したいデータのタイプは多種多様だからである。これには、オーディオやビデオのデータ、大量データベースファイル、ゲーム、および様々な他のコンピュータプログラムの転送が含まれる。このようなデータは遠隔システム３９とメモリ・カード３５’との間で直接転送され、カード３５’が一部をなすホストシステム３１を介する必要がなくなる。これはダイレクトメモリアクセス（「ＤＭＡ」）の形式であって、特に、長い連続データの転送の場合に有利である。ホスト３１は、そのようなデータおよび通信機能を扱うためのハードウェアまたはソフトウェアを持つ必要がない。このようなことは、周辺機器の入出力カード３７およびメモリ・カード３５’によって完全に遂行される。高速データ転送、制限のある内部メモリ容量、または同様のことを扱う際にホストシステム３１にかかる制限は、いずれも、メモリ・カード３５’のデータ転送を直接制限するものではない。一方で、ホスト３１は、入出力カード３７によって使用されるメモリ・カード３５’に電力およびクロック信号を供給する。
【００１５】
一実施形態に係るメモリおよび入出力カードの機械的および電気的な相互接続について、図３、４、５Ａ、および５Ｂに例示する。ＳＤカード５１は、外部接触部を含んでいる面とは反対側の面が図３に示されている。ＳＤカード５１の端部のうち、カードの外部接触部を備えた端部とは反対側の端部に、入出力カード５５を結合するためのコネクタ５３が設けられている。コネクタ５３は、カードの外郭部によって被覆された部分を取り外した状態で示されている。入出力カード５５にはその縁部に沿うようにして嵌合コネクタ５７が含まれている。カード５５には一対のピン５９が設けられており、該コネクタ５７とは反対側に位置する端部から外側に向かって伸びている。コネクタ５３の両側のカード５１の縁部には、嵌合孔６１が含まれている。カード５１および５５を結合させると、ピン５９は対応する嵌合孔６１に挿入される。このときピン５９は十分に曲がり、ピンのとがっている側が嵌合孔６１のつめの中にひっかかる。このようにすれば、ピン５９が曲げられて嵌合孔６１のつめとの噛み合わせが解かれるまで、カードが引き離されることはない。このような取付がなされる一方で、嵌合コネクタ５３および５７によって２枚のカード間の電気的な接続も確立される。
【００１６】
特に示された例では、コネクタ５３は、ＳＤカード５１のプリント回路基板６３の端部の上に直接形成される９個の金属接触部を含む。これら接触部は、例えば、図５Ａおよび５Ｂに示されている接触部６５のようなものであって、各々、基板６３の縁部の周りを覆っている。同数のバネ仕掛けの接触部、例えば、このような接触部の一形態をなす金属スプリングエレメント６７および６９は、カードがスプリングエレメントの間に挿入されたときに、カード５１の金属接触部に各々対応させられるようになっている。スプリングエレメントは、入出力カード５５の端部から外側へ突き出ているので、損傷しないように、コネクタ５７の幅全体に沿って広がる硬質カバー７１によって保護されている。また、カード５１および５５を上述したように結合させるときに、ＳＤカード５１内のメモリコントローラを入出力カード５５の通信回路に接続させるための独立した電気配線（この例では、９本）が多数ある。
【００１７】
入出力カード７５を備えたＳＤカード７３の機械的および電気的な相互接続の第２の実施形態を、図６、７、８Ａ、および８Ｂで例示する。この場合の接続も、２枚のカードの嵌合縁部を相互に合わせることによって行われるが、嵌合コネクタ７７および７９は異なる構造を有する。一度接続されると、第１の実施形態同様にピン５９および孔６１がカードを分離しないように結合させる。もちろん、本実施形態および第１の実施形態では、この他にも、このような小型カードに適した好適な公知の機械的ラッチメカニズムを代わりに使用してもよい。
【００１８】
この第２の実施形態では、ＳＤカードに内蔵されたプリント回路基板８１の端部の上にコネクタ７７が追加される。電気的な各接触部には、相対する方向に向かわせることができる弾力性のある一対のエレメント８３および８５が含まれる。入出力カード７５上のコネクタは、ピン８７のようなピンを複数含み、ピンはカードの嵌合縁部の幅に沿って配置される。このとき、ピンと同じ位置で合うように設けられた一対の弾力性のあるエレメント８３と８５の間にピンが挿入されるようにする。これらのピンは、入出力カード７５内のプリント回路基板９１の端部に取り付けられたコネクタブロック９１に支持される。また、このように突き出たピンは、カード７５の外側の筐体の拡張部９３がピンを囲むことによって機械的に保護される。
【００１９】
上述したカード接続メカニズムの利点は、コネクタを相互に横方向に押すという動作だけで、これらのメカニズムがメモリ・カードおよび入出力カードを堅く結合させるという点である。一旦取り付けられると、２枚のカードは１枚のカードとして扱うことができ、例えば、ホストシステムのメモリ・カード・ソケットから着脱できるようになる。
【００２０】
入出力カード５５および７５のサイズに関して特別な制限はないが、可能な限り小型で軽量になるように作られることが好ましい。平面図から見て、長さ５０ミリメートル未満および幅４０ミリメートル未満のサイズにすると、このサイズより小さいメモリ・カードに取り付ける場合に非常に便利である。入出力カードの厚みは、集積回路チップおよび／または無線周波通信用のアンテナを追加する数に合わせて、ＳＤメモリ・カードの厚み以上にする必要が生じることもある。しかし、入出力カードの厚みを６ミリメートル未満とすることもでき、４ミリメートル未満とすることが多い。入出力カードのコネクタを含む方の縁部に沿った幅を、メモリ・カードの嵌合コネクタを含む方の縁部に沿った幅と実質的に同じにすると、最も好適になる。
【００２１】
図９を参照すると、変更されたＳＤカード５１および７３の内の電子システムが、ブロック図の形で例示されている。コントローラ１０１は、配線１０５上にある一つ以上のメモリユニット１０３と通信を行う。コントローラはマイクロプロセッサ１０７およびそのインタフェース回路１０９を含む。インタフェース回路１０９は、さらに、メモリ１１１、ホストインタフェース回路１１３、メモリインタフェース回路１１５、および入出力カードと接続するインタフェースとなる回路１１７と相互接続される。メモリユニット１０３は、配線１０５に接続されたコントローラインタフェース、およびフラッシュメモリセルアレイ１２１を含む。コントローラ１０１および各メモリユニット１０３は、カードのプリント回路基板上に取り付けられ相互連結された個別の集積回路チップ上に通常設けられるが、処理技術を向上させる上で許容されるのであれば、単一のチップ上にさらに一体化させる傾向がある。
【００２２】
ホストインタフェース１１３に接続される１２３で概略的に示されたコネクタは、カード・ソケット３３（図１および２）に挿入されるＳＤカードの表面の接触部を含む。入出力インタフェースに接続される１２５で概略的に示されたコネクタは、図３〜８Ｂに関連して記載された各実施形態のコネクタ５３および７７を表わす。したがって、メモリ・カードのメモリコントローラは、ホストシステムとともにデータの流れを制御し続けると同時に、メモリ・カードに接続される入出力カードとともにデータの流れを制御することができるように変更されたものである。コントローラ１０１は、メモリユニット１０３と、メモリ・カードが接続されたホストと、メモリ・カードに接続されたあらゆる入出力カードとの間でのコマンドおよびデータの流れを制御する。このように接続される入出力カードがまだ接続されていないときは、コントローラ１０１は、既存のＳＤカードで行うときと実質上同じ方法で、メモリユニット１０３の操作およびそれらとホストとの通信を管理する。
【００２３】
入出力カード５５および７５内の電子システムを図１０で概略的に示す。コネクタ１３１は、図３〜８Ｂの実施形態のコネクタ５７および７９に相当し、プロセッサインタフェース回路１３５にも接続されているコントローラインタフェース回路１３３に接続される。プロセッサインタフェース１３５には、さらに、入出力カードの操作を制御するマイクロプロセッサ１３７と、メモリ１３９とが接続されている。最終的に、プロセッサインタフェース１３５には、プロセッサと、伝送デバイス１４３を介して送信および／または受信される信号あるいはデータとの仲立ちをする回路１４１がさらに接続される。有線通信を使用する場合、デバイス１４３はプラグレセプタクルである。無線周波数を利用した無線を使用する場合、デバイス１４３はアンテナである。赤外線通信を利用した無線を使用する場合、デバイス１４３は赤外線放射信号のエミッタおよび／または検出器を含む。どのような場合も、マイクロプロセッサ１３７は、デバイス１４３とコネクタ１３１との間のデータ転送を制御する。
【００２４】
本発明の様々な特徴を特定の実施形態に関連して説明してきたけれども、本発明が添付されている請求項の最大の範囲内で保護を受ける権利があることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
不揮発性メモリ・カードおよび入出力カードを組み合わせて用いたシステムを示す。
【図２】
一例であるメモリ・カードのピン配列と、カードが挿入されたシステムソケットとを示す。
【図３】
第１の実施形態である追加コネクタを備えた図２のメモリ・カードと、嵌合コネクタを備えた入出力カードとを示す。
【図４】
図３のメモリ・カードと入出力カードとが相互接続したメモリの外観図である。
【図５Ａ】
図３の５−５線に沿って切断された図３および図４に示すメモリ・カードおよび入出力カードのコネクタの断面図で、接続したときのコネクタを示す。
【図５Ｂ】
図３の５−５線に沿って切断された図３および図４に示すメモリ・カードおよび入出力カードのコネクタの断面図で、離れたときのコネクタを示す。
【図６】
第２の実施形態である追加コネクタを備えた図２のメモリ・カードと、嵌合コネクタを備えた入出力カードとを示す。
【図７】
図６のメモリ・カードと入出力カードとが相互接続したメモリの外観図である。
【図８Ａ】
図６の８−８線に沿って切断された図６および図７に示すメモリ・カードおよび入出力カードのコネクタの断面図で、接続したときのコネクタを示す。
【図８Ｂ】
図６の８−８線に沿って切断された図６および図７に示すメモリ・カードおよび入出力カードのコネクタの断面図で、離れたときのコネクタを示す。
【図９】
図３および図６のメモリ・カードの電気系のブロック図である。
【図１０】
図３および図６の入出力カードの電気系のブロック図である。

Claims (5)

1. ホストシステムに接続された不揮発性メモリ・カードと外部デバイスとの間でデータ通信する方法であって、入出力カードを前記メモリ・カードに電気的および機械的に結合させることと、前記ホストシステムによってではなく前記入出力カードを介して、前記メモリ・カードと前記外部デバイスとの間でのデータ通信を行うこととを備える方法。
2. 前記データは、前記入出力カード内に含まれるアンテナによって前記入出力カードと前記外部デバイスとの間で無線通信されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記メモリ・カードへの前記入出力カードの結合は、前記メモリ・カードおよび前記入出力カードの縁部上に設けられた嵌合コネクタ同士を結合させることを含み、前記メモリ・カードの、前記ホストに接続された電気的接触部が位置する縁部とは反対側に前記メモリ・カード・コネクタが位置することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記嵌合コネクタの結合は、前記メモリ・カードと前記入出力カードとの間に電気的接触を確立し、かつ両方が引き離されないように機械的にラッチをかけるやり方で、該嵌合コネクタを相互に横方向に押すことを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記入出力カードを介する前記メモリ・カードと前記外部デバイスとの間のデータ通信は、前記メモリ・カード中のメモリと前記ホストシステムとの間でのデータ転送も制御する前記メモリ・カード内にあるコントローラを利用することを特徴とする請求項１記載の方法。

Images