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TF_Card 外围电路设计
2026/9/29 15:04:25 网站建设 项目流程

一、SD卡?TF卡?

SD 卡(Secure Digital Card)分类比较复杂,主要可以从尺寸(形态)、容量标准、速度标准、应用场景四个维度来看

类型容量范围文件系统标识用途
SDSC(普通 SD)≤2GBFAT12/FAT16SD老相机、旧设备
SDHC4GB~32GBFAT32SDHC普通相机、低容量设备
SDXC64GB~2TBexFATSDXC摄影、4K视频、无人机
SDUC2TB~128TBexFATSDUC超大容量专业设备

类型尺寸常见用途特点
标准 SD(Full-size SD)32 × 24 × 2.1 mm单反相机、摄像机、无人机、录音设备、工业设备最大、最稳定,散热和耐用性较好
miniSD21.5 × 20 × 1.4 mm老式手机、旧设备已基本淘汰
microSD(TF卡)15 × 11 × 1 mm手机、运动相机、行车记录仪、Switch、无人机目前最流行,小巧,可通过转接卡变 SD

二、TF_Card原理图设计

1.选型

在本设计中,TF卡主要挂载在7020上,用来存储烧录的代码。对于连接器的选择,有以下要求

接触电阻:应尽可能低。优质连接器的接触电阻通常要求在 50mΩ 以下,部分高规格产品可做到 40mΩ 甚至 25mΩ,以减小信号损耗和电压降

绝缘电阻:指触点与外壳或相邻触点间的电阻,要求至少 100MΩ,高规格产品可达 1000MΩ 以上,以防止漏电和信号串扰

选择的这款连接器,带卡检测(CD)引脚。选择带独立卡检测(Card Detect) 引脚的连接器,这能让Zynq-7020在不初始化SDIO总线的情况下,通过GPIO中断快速感知卡的插拔,实现低功耗唤醒。

由于Zynq-7020的PS端I/O由多个MIO Bank管理,每个Bank的I/O电压(VCCMIO)由外部供电决定,通常只能统一配置为1.8V或3.3V,为了兼容更多现代外设并优化功耗,许多Zynq-7020开发板将SDIO接口所在的MIO Bank 501电压设置为1.8V,但是SD/TF卡的标准:MicroSD卡(TF卡)遵循SD规范,其数据接口工作在3.3V电平。因此,当Zynq的1.8V MIO引脚直接连接3.3V的TF卡座时,就会出现逻辑电平不匹配。直接连接可能导致通信失败,甚至因电压不兼容而损坏器件。

TXS02612电平转换器可以用来解决这一问题,TXS02612RTWR是一款集成了6通道单刀双掷(SPDT)开关的双向电压电平转换器,它原本设计用于让单个SDIO主机端口连接两个外设,但在Zynq平台上,通常只使用其电平转换功能。它将Zynq的1.8V SDIO信号(A端口)转换为3.3V(B端口)与TF卡通信。

速度够用:VCCA=1.8V、VCCB=3.3V 时,时钟最高 60MHz,数据 120Mbps,能覆盖 SD 高速模式的 50MHz。

自带防护:B 口本身有 ±8kV IEC 接触放电防护。

2.原理图设计

3.注意

需要在TF_CLK这一路上串联一个22R的串联匹配电阻(一般 22–33Ω。它的作用是消除信号在走线上来回反弹,让波形干净)

A 侧(ZYNQ 7020到 TXS02612):1.8V 信号,走线短,而且发送端在核心板上,在底板上加串阻作用不大,可以去掉。

B 侧时钟(TXS02612 的 CLKB0 到卡座):在 VCCA=1.8V、VCCB=3.3V 条件下,CLKB 的上升时间大约在 0.8–2.5ns 之间,边沿很快。时钟线上的振铃如果严重到越过判决门限,卡会把一个时钟边沿误认成两个,数据就会出错。所以建议在靠近 TXS02612 的地方留一个电阻位,先贴 0Ω,调试时看波形再决定换不换成 22–33Ω。

需要在 CMD这一路加上拉,因为在MCU 直接连 TF 卡的电路里,SD 规范要求 CMD 和 DAT 线都要上拉。这样没插卡、或者总线空闲没人驱动的时候,这些线停在确定的高电平上,不会悬空乱跳。所以很多参考图里 CMD 上都会画一颗上拉。

最后上电顺序

数据手册要求先接地,再上 VCCA 1.8V,SEL 保持低电平,最后才上 VCCB0 和 VCCB1 3.3V。

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