为实现高效可靠地使用SD NAND,以下是一个通用的参考设计指南,涵盖硬件、电路设计、软件驱动、文件系统及可靠性优化等方面。
1.引脚布局:
确保SD NAND的电气连接符合芯片手册中的引脚定义。
使用标准SD模式(4线)或SPI模式(1线)连接。
2.电气规范:
数据、时钟信号线需加入串联电阻(22~47Ω)以减少信号反射。
加入适当的上拉电阻(通常为10kΩ)在数据和命令线(CMD/DATA0/DATA1/DATA2/DATA3)。
电源稳定性:
提供符合SD NAND要求的稳压电源(如3.3V ± 10%)。
使用低ESR电容(10µF + 0.1µF)去耦,尽量靠近SD NAND。
4.信号引脚:
使用SD接口(4线模式)或SPI接口(1线模式)连接MCU。
严格遵循SD NAND的引脚时序和电气规范。
5.供电稳定性:
使用低噪声、低纹波的电源(如LDO或DC-DC模块)。
在电源线和GND之间添加足够的去耦电容(通常为100nF和10µF的组合)。
建议添加ESD保护器件,以保护敏感的信号引脚。
添加电容阵列或超级电容,提供短时供电以完成当前写入操作。
使用电压监测芯片检测掉电事件,并通过中断通知MCU停止写入。
时钟频率应根据SD NAND的规格选择。通常建议:
初始化阶段使用400kHz;
数据传输阶段使用高频(如25MHz或48MHz),并根据总线性能调整。
短线规则:数据线和时钟线应尽可能短,避免长线导致信号延迟。
阻抗匹配:对于高速数据传输,确保信号线的阻抗匹配(通常为50Ω)。
分层设计:将电源和GND分层,减少噪声干扰。
差分对信号设计:对于高速模式,设计差分对信号布局。
R1~R5 (10K-100 kΩ)是上拉电阻,当SD NAND处于高阻抗模式时,保护CMD和DAT线免受总线浮动。
即使主机使用SD NAND SD模式下的1位模式,主机也应通过上拉电阻上拉所有的DATO-3线。
R6(RCLK)参考0-120 Ω。
其他详细电路应用说明,请参考“SDA协会规范”第6章“SD Memory Card Hardware Interface”。
2、电源VDD(VCC_3V3)建议单独供电,且需要注意提供SD NAND电流供电能力不小于200mA。
3、下图是SD协议规定的上电规范,SD NAND的工作电压范围是2.7V-3.6V:
为了确保芯片能正常上电初始化,电压要在0.5V以下至少1ms;电源上升的时候需要保持电源是稳定的、持续上升的,上升到正常工作电压的时间是0.1ms-35ms;主机关闭电源时,将卡的VDD降至0.5伏以下的最小周期为1ms。在断电期间,DAT, CMD和CLK应断开连接或由主机驱动到逻辑0,以避免工作电流通过信号线引出的情况。
二、布局设计说明
1、数据线应尽量保持等长,以减少时序偏差和提高信号的同步性。
2、对于CLK时钟线,尽可能进行包地处理。对于走线阻抗,控制阻抗50欧姆。
3、SD NAND芯片最好靠近主控芯片放置,以减少走线长度和干扰。
4、LGA 9*12.5 封装焊盘分两侧 2*8分布,其中同名网络 layout 时可以连接在一起,方便后续更换物料时兼容 LGA6.0×8mm,LGA6.6×8.0mm封装(如下图)。
5、 layout时GND脚建议采用类似的“十字”或“梅花”型的连接 有利于过炉焊接。防止 GND 脚整体铺铜散热很快导致虚焊假焊现象存在(如下图)。
三、贴片注意事项
1、保存要求:若购买散包装,请务必上线前120℃烘烤8小时。若物料没有全部使用,剩余部分请务必存放于氮气柜或抽真空保存,再次上线前请务必120℃烘烤8小时。
2、贴装顺序:若 PCB 有 A、B 双面要贴片,建议存储器件最后贴装。
3、焊接:LGA/BGA的封装基板是PCB材质,Pad位于底部,相比TSOP、WSON等金属框架封装,在焊接上更有难度,有条件的尽可能选择液体锡膏和加热台,没有加热台的可以用风枪,风枪温度不要超过 350℃。
解焊:尽可能选择加热台,若必须使用风枪,建议风枪温度控制在 350℃,30秒以内。
4、回流焊
SD NAND 回流焊的最高温度若使用无铅焊锡不能超过 260℃(无铅焊锡),若使用无铅焊锡不能超过 235℃,在此峰值温度下,时间不能超过10s.炉温曲线设置可参考 IPC-JEDEC J-STD-020 规定要求:
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