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SDNAND电压生成技术解析

SD NAND-贴片式TF卡-贴片式SD卡-免费测试2025-04-1086

SDNAND(如集成在SD卡或嵌入式存储设备中的NAND闪存)通常需要两种电压:1.8V(低电压模式)和3.3V(标准电压模式),以满足不同场景下的功耗和性能需求。以下是这两种电压的生成方式及实现原理:


1. 电压生成的核心方法

(1)低压差线性稳压器(LDO)

  • 原理:通过调节输入电压与输出电压的差值,以线性方式降压。

  • 应用

    • 若输入电压为3.3V,可直接用LDO降压至1.8V(例如TPS7A系列)。

    • 若输入电压较高(如5V USB),需先用LDO或DC-DC转换器生成3.3V,再通过第二级LDO生成1.8V。

  • 优点:电路简单、噪声低、成本低。

  • 缺点:效率较低(尤其输入/输出压差大时),可能发热。

(2)开关稳压器(DC-DC Converter)

  • 原理:通过开关元件(如MOSFET)和储能器件(电感、电容)实现高效降压。

  • 应用

    • 输入电压较高时(如5V转3.3V或1.8V),使用Buck降压电路(如TPS62130)。

    • 支持宽输入范围(如2.7V-5.5V),适合电池供电场景。

  • 优点:效率高(可达90%以上),适合大压差场景。

  • 缺点:电路复杂,需布局电感,可能引入开关噪声。

(3)集成电源管理单元(PMIC)

  • 原理:单芯片集成多个LDO、DC-DC转换器及控制逻辑,可同时输出多路电压。

  • 应用

    • 例如TPS65261等PMIC可同时生成3.3V(用于I/O)和1.8V(用于核心逻辑)。

  • 优点:简化设计,支持动态电压调节(DVFS)。

  • 缺点:成本较高,需配置寄存器。


2. 电压切换与工作模式

  • 动态切换

    • 低功耗模式:在待机或低速操作时,切换至1.8V以降低功耗。

    • 高性能模式:在读写数据时,切换至3.3V以提高I/O速度。

    • 实现方式:通过PMIC或MOSFET开关切换电源路径。

  • 电压域隔离

    • I/O供电(3.3V):用于接口通信(如SD总线),确保信号电平兼容。

    • 核心供电(1.8V):用于NAND闪存内部逻辑,降低动态功耗。


3. 典型电路设计示例

输入电源:3.7V锂电池

  1. 3.3V生成

    • 使用DC-DC降压转换器(如AP2112)将3.7V降至3.3V,供I/O接口使用。

  2. 1.8V生成

    • 通过LDO(如AMS1117-1.8)从3.3V进一步降压至1.8V,供核心逻辑使用。

输入电源:5V USB

  1. 5V→3.3V:使用高效率Buck转换器(如SY8088)。

  2. 3.3V→1.8V:通过LDO或二次Buck转换器实现。


4. 关键设计考虑

  • 效率与散热:大电流场景优先选择DC-DC;小电流或低噪声场景用LDO。

  • 噪声抑制:为LDO和DC-DC添加滤波电容(如10μF陶瓷电容+0.1μF去耦电容)。

  • 电源时序:需确保1.8V和3.3V的上电顺序符合芯片要求(通常先核心电压后I/O电压)。

  • 保护电路:加入过压保护(OVP)、欠压锁定(UVLO)等机制。


5. 实际芯片案例

  • NAND闪存芯片(如Kioxia TH58NVG2S3HBAxx):

    • 核心电压:1.8V ±5%(由LDO或PMIC提供)。

    • I/O电压:3.3V ±10%(直接来自系统电源或DC-DC)。

  • 主控芯片(如群联PS5013):

    • 集成PMIC,支持动态切换1.8V/3.3V模式。


总结

SDNAND的1.8V和3.3V电压可通过LDO、DC-DC或PMIC生成,具体方案取决于输入电源、效率需求和成本。设计时需重点关注电压稳定性、噪声控制及动态切换能力,以满足存储芯片的性能与功耗要求。

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