sd nand卡spi电路

SD NAND-贴片式TF卡-贴片式SD卡-免费测试2025-07-02264

以下是 SD NAND 卡 SPI 接口的完整电路设计方案，包含核心连接、信号处理及典型应用配置：

一、SPI 接口的物理连接（4 线标准配置）

                  +------+
                  |      |
                  |  MCU |
                  |      |
                  +------+
                     |  |
                     |  |
    +----------------+--+----------------+
    |                |                  |
+---+----+       +---+----+       +-----+-----+
|        |       |        |       |           |
|  4.7KΩ |       |  4.7KΩ |       |  SD NAND  |
| 上拉   |       | 上拉   |       | 芯片      |
|        |       |        |       |           |
+---+----+       +---+----+       +-----+-----+
    |                |                  |
    |                |                  |
+---+----+       +---+----+       +-----+-----+
|        |       |        |       |           |
|  MCU   |       |  MCU   |       |  SD NAND  |
|  CS    +-------+ CS     |       |  CS      +
|        |       |        |       |           |
|  SCLK  +-------+ SCLK   |       |  SCLK    +
|        |       |        |       |           |
|  MOSI  +-------+ DATA   |       |  DATA    +
|        |       |        |       |           |
|  MISO  +-------+ CMD    |       |  CMD     +
|        |       |        |       |           |
+--------+       +--------+       +-----------+

关键连接说明：

CS（Chip Select）：片选信号，低电平有效，用于选中 SD NAND 芯片。
SCLK（Serial Clock）：时钟信号，由主机（MCU）提供，控制数据传输时序。
MOSI（Master Out Slave In）：主机发送、从机接收的数据通道，连接 SD NAND 的DATA引脚。
MISO（Master In Slave Out）：从机发送、主机接收的数据通道，连接 SD NAND 的CMD引脚。
上拉电阻：CMD和DATA引脚需外接 4.7KΩ 上拉电阻到 VDD（通常 3.3V），确保总线空闲时保持高电平。

二、电源与 ESD 保护电路

   +-----+
                |     |
                | VCC +----+
                |     |    |
                +-----+    |    +--------+    +-----+
                           +----|  LDO   |----|10μF |--+-- VDD_SD (3.3V)
                           |    |AMS1117 |    +-----+  |
                +-----+    |    +--------+             |
                |     |    |                           |
                | VIN +----+                           |
                |     |                                |
                +-----+                                |
                                                     +-----+
                                                     |100nF|
                                                     +-----+
                                                        |
                                                        GND

                +-----+
                |     |
                | CS  +----+
                |     |    |
                +-----+    |    +--------+
                           +----| TVS    |----+
                           |    | SMBJ5.0|    |
                +-----+    |    +--------+    |
                |     |    |                  |
                | SCLK+----+                  |
                |     |    |                  |
                +-----+    |                  |
                           |                  |
                +-----+    |                  |
                |     |    |                  |
                | MOSI+----+                  |
                |     |    |                  |
                +-----+    |                  |
                           |                  |
                +-----+    |                  |
                |     |    |                  |
                | MISO+----+                  |
                |     |    |                  |
                +-----+    |                  |
                           |                  |
                           +------------------+
                                         |
                                        GND

电源与保护设计要点：

电源滤波：

主电源（VCC）需并联 10μF 钽电容和 100nF 陶瓷电容，滤除低频和高频噪声。
LDO（低压差稳压器）如 AMS1117-3.3 用于提供稳定的 3.3V 电源给 SD NAND。

ESD 保护：

所有信号线（CS、SCLK、MOSI、MISO）需串联 22Ω 限流电阻，降低 ESD 冲击电流。
并联 TVS 二极管（如 SMBJ5.0CA）到地，钳位 ESD 电压（击穿电压 5V，响应时间 < 1ns）。

三、PCB 布局关键规则

走线长度：SPI 信号线长度应控制在 5cm 以内，减少信号衰减和反射。
阻抗匹配：高速 SPI（>10MHz）需控制信号线阻抗为 50Ω±10%。
隔离设计：

SPI 走线与高速时钟（如晶振）、电源走线保持≥20mil 间距，避免串扰。
模拟信号区与数字信号区隔离，防止干扰。

过孔设计：信号过孔内径 8mil，外径 20mil，减少寄生电感。

四、SPI 通信时序与协议

1. 时钟极性（CPOL）与相位（CPHA）

CPOL=0：SCLK 空闲时为低电平。
CPHA=0：数据在 SCLK 上升沿采样，下降沿输出。
典型配置：多数 SD NAND 支持模式 0（CPOL=0, CPHA=0）或模式 3（CPOL=1, CPHA=1）。

2. 通信速率

初始速率：≤400kHz（用于初始化阶段，确保可靠通信）。
工作速率：初始化后可提升至 10MHz 以上（具体取决于 SD NAND 规格，最高可达 50MHz）。

3. 数据传输格式

命令帧：1 字节命令 + 参数（如地址、数据长度）。
数据帧：读写数据块（通常 512 字节 / 块）。

五、软件驱动示例（伪代码）

// SPI初始化函数void spi_init(void) {
    // 配置SPI控制器：模式0（CPOL=0, CPHA=0），初始速率400kHz
    SPI->CR1 = SPI_CR1_SPE | SPI_CR1_MSTR | SPI_CR1_BR_2;  // 400kHz
    
    // 初始化CS引脚为输出，默认高电平
    GPIO_SetPinMode(CS_PIN, OUTPUT);
    GPIO_WritePin(CS_PIN, HIGH);}// 发送命令并接收响应uint8_t spi_send_command(uint8_t cmd, uint32_t arg) {
    uint8_t response;
    
    // 拉低CS，选中SD NAND
    GPIO_WritePin(CS_PIN, LOW);
    
    // 发送命令字节（最高位为0，表示命令）
    spi_transfer(cmd | 0x40);
    
    // 发送32位参数
    spi_transfer((arg >> 24) & 0xFF);
    spi_transfer((arg >> 16) & 0xFF);
    spi_transfer((arg >> 8) & 0xFF);
    spi_transfer(arg & 0xFF);
    
    // 发送CRC校验（简化，实际需计算）
    spi_transfer(0x95);  // CMD0的CRC
    
    // 等待响应（R1格式）
    do {
        response = spi_transfer(0xFF);
    } while (response == 0xFF);
    
    // 释放CS
    GPIO_WritePin(CS_PIN, HIGH);
    
    return response;}// 读取数据块bool spi_read_block(uint32_t address, uint8_t *buffer, uint16_t length) {
    uint8_t response;
    
    // 发送读单块命令（CMD17）
    response = spi_send_command(17, address);
    if (response != 0x00) return false;
    
    // 等待数据令牌（0xFE）
    do {
        response = spi_transfer(0xFF);
    } while (response != 0xFE);
    
    // 读取数据
    for (uint16_t i = 0; i < length; i++) {
        buffer[i] = spi_transfer(0xFF);
    }
    
    // 读取CRC（忽略）
    spi_transfer(0xFF);
    spi_transfer(0xFF);
    
    return true;}