SD卡USB适配器的剖析和克隆


...或者如何通过快速的micro-SD卡为您的DIY项目提供MIPS或轻量级ARM。
对所有受尊敬的社区来说都是美好的一天。 我想继续讲一下关于盒装设备的故事,也就是关于她如何设法将微型SD卡连接到USB 2端口的故事。

整个问题的根源在于,USB 2不仅有一个处理器模块,而且没有QSPI(QuadSPI)或卡接口。 这个可悲的事实与SD卡有什么关系? 很简单,任何SD卡在其连接的物理基础上都具有SPI(串行外围设备)接口。 经典的SPI使用一条物理线来发送和接收串行数据。 简单且经济,无论是金钱还是毫安。 但是,众所周知,缺点是优点的延续,对于SPI来说,它们主要变成了相对较低的数据交换速率。 为了解决这个问题,发明了一种带有SD卡的四位数据交换模式,它与QSPI协议密切相关。 使用此模式时,主机控制器和卡首先在单位模式下就交换参数达成一致,然后在它们不使用一条线进行接收和发送,而是使用四条线来接收和发送所有内容时切换到四位模式(另外还有一条用于指示命令)。

如果设备不直接支持四位协议,但仍需要快速更换,该怎么办? 显而易见的答案是为该项目提供“快速接口”桥-“四位SD卡”。

为了解决此问题,购买了两个USB-SD适配器并进行了准备(未使用活体解剖-我们不是怪物)。 在对烙铁和吹风机进行预热之前,进行了非常重要的检查,以查看Debian处理器模块是否看到为其提供的适配器哨子。 测试取得了巨大成功,欢迎来到手术室。 购买的哨子如下所示:


像这样:


拆开外壳后,就可以从印刷电路板的两侧进行印刷了。



电路很简单,它的基础是IC GL823F-具有命令系统8051和屏蔽存储器的微控制器,配备了USB 2硬件接口单元,显然质量不是很高(为什么我要说-我看不到模拟部分和晶体振荡器的确切偏置电阻器,这意味着根据内部校准的发生器从接收到的信号中恢复频率)。 可以工作,但不能使用HiFi,不可以。 其他所有东西都是一个最小的车身套件:阻断电容器,上拉和限流电阻器,LED和连接器,这都是工程设计。

我们用吹风机吹干组件,然后检查印刷电路板。 在许多方面,该板都是双面镀孔的。 在显微镜下对电路板进行了短暂检查,绘制了连接图并与GL相关IC的数据表进行了比较之后,我们恢复了电路图。



在这里,我们现在开始看到一个小麻烦。 到底是什么 我们的盒子由3.3V的保证电压供电,GL823上的电路需要5伏特。 好吧,根据需要-她已经习惯了,因为USB给了她很多。 Micro SD本身由3.3V供电,因此内置的LDO稳定器已添加到GL823中。 因此存在一个问题-如果电路由3.3V供电,是否可以工作? 如果LDO设法不降低太多电压,则可以,但并非所有LDO都同样有用。 数据表提供了一些提示-馈送SD卡的输出称为PMOS。 这个缩写不能不让人高兴-可以假定使用了HighSide PMOS电路,其中控制元件两端的压降非常小。 但是,所有这一切都是推理,唯一具有决定性意义的论据是经验,他是犯错误的儿子。

那么我们将提供什么样的体验? 让我们尝试使用两个开关电压为IC供电-5 V USB或3.3 V,由单独的稳定器获得。 现在我们有足够的知识来绘制示意图。


电路上组件的编号有些奇怪,原因是印刷电路板制造商订购了多级测试电路,并增加了多个测试电路,并且所有组件都具有编号功能。 在准备本文时,我根据照片带来了电路图,事实证明发生了什么。

我们在图中看到了什么? 显然,核心是GL823F。 micro-SD连接器显然已连接到它。 唯一需要注意的是-连接器上的针脚9是插槽中卡的滑动触点,当卡就位时,它会短路接地。 C7-C10-电源电路上的隔离电容器。 如果要稍微提高抗噪能力,则可以通过铁氧体扼流圈连接引脚2和16 DD1。 R4限制通过HL1的电流,如果插槽中没有卡,R5将GPIO线拉至一根。 DA2,C11和C12构成一个3.3V线性稳压器。

由于在绘制电路的那一刻,一方面,尚不清楚会消耗多少电流,另一方面,使用一些在录制时消耗了400mA电流的USB闪存驱动器(它不会用手指指着)有不愉快的经历,因此决定添加R6。 通常,这是一种标准技术-电路中线性LDO的消耗量很大(此处的关键词为LowDropout),在输入处放置一个功率增加的低阻电阻器,并在其上而不是稳定器上散发一部分热量。 但是,经验表明,不需要R6,并且您仍会在主板照片中看到它。

XS4只是为了进行实验而设计-在5至3.3伏之间切换功率DD1。 XS2是标准的USBB连接器,因此您可以将其放在自己的面前,而不必爬到桌子下与PC相连的空闲USB端口。

这是在跟踪,软件制造和安装之后发生的事情:



如您所见,电路板的底部完全简单明了,而顶部则没有那么复杂。

我不会延迟绘图的结束,我会立即说,经验表明,可以使用3.3 V电源为GL823F供电,切换XS4不会影响除功耗(非电流)以外的任何影响。

为了确保所制作的板正常工作,我们同时测量了三种不同的micro-SD卡的记录速度和消耗的电流。 摄影比赛选手-在摄影棚里!


使用这种组合的电池充电电流-电压-量表来进行电流消耗的评估(测量已完成的操作,无法说出我的舌头)。 坦白地说,他还传输USB数据令人惊讶。


我们仅使用了消耗电流的指示,这可以说是仪器的分压价格为0.01A,加上至少1位最低有效数字单位的采样误差仍为0.01A。 因此,该表仅显示指示范围,在此范围之间消耗电流的数字跳变。 但是,我希望对于那些有兴趣在决策中应用GL823的人来说,仍然有可能评估最高消耗标准。

除了测试所制作的电路板以外,为了提高客观性,还使用另一个SD卡读取器进行了一些控制测量。 这是一个:


这个样品还没有准备好,我从我女儿那里借了5分钟,如果我把它拿掉了,他们马上就把我拿走了。 可以肯定的是-它的芯片不属于GL823系列,后者的成员能够使用SD标准进行尽可能多的工作,而多标准对他们来说太难了。

读取和写入速度的测量方法是最简单的:将相同的大小为1,058,268 kB的文件写入和读取测试卡。 进行控制实验(在另一台读取器上)仅是为了以一个或另一个十进制顺序排除系统错误,未处理其上的数据,我只是确信,大约消耗的时间和电流要比上一阶段获得的时间和电流要好。


如果要在项目中应用上述电路,则在估算功耗时,请纠正以下事实:供电电流来自5伏的USB电压,而GL823由3.3伏电压供电,且差值为5-3.3 = 1.7(这是50 3.3的百分比)在DA2上丢失了。 当使用3.3伏的集中式电源(我希望是脉冲式)供电时,我们可以节省很多钱。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN403199/


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