在SD NAND(或SD卡)接口设计中,上拉电阻(通常用于CMD和DAT0/DAT1/DAT2/DAT3信号线)应尽可能靠近SD卡主控制器(Host Controller)放置,而不是靠近SD NAND卡座。
原因如下:
确保正确的初始状态和信号完整性:
CMD线是开漏(Open-Drain) 信号,需要上拉电阻才能提供高电平。
DAT0线在初始化和SPI模式下也是开漏,同样需要上拉。
上拉电阻靠近主控制器放置,可以确保当主控制器释放总线(输出为高阻态)时,该信号线能快速、稳定地被拉至高电平。这为总线上的设备(SD卡)提供了一个明确的高电平起始状态。
如果上拉电阻离主控制器太远(比如靠近卡座),连接主控制器和电阻的这段导线相当于一个较长的“天线”,更容易引入噪声干扰,可能导致信号在应该为高电平时被错误地拉低(毛刺),或者在主控制器驱动低电平时,过长的导线会增加阻抗,影响信号边沿的陡峭度(上升/下降时间)。
减少信号反射和振铃:
高速数字信号在传输线(PCB走线)上传输时,阻抗不匹配会导致信号反射。上拉电阻靠近源端(主控制器)放置,有助于在源端就近匹配传输线阻抗(如果电阻值选择得当),减少信号在走线上来回反射造成的振铃(Ringing)现象,提高信号质量。
符合标准规范:
SD物理层规范(如SD Specifications Part 1 Physical Layer Simplified Specification)通常会建议或要求上拉电阻靠近主机控制器放置,以确保兼容性和信号可靠性。
关键点总结:
优先位置:靠近主控制器(Host Controller)的输出引脚。
目标信号:CMD线(必须),DAT0线(在SD模式和SPI模式下初始化时需要,SPI模式下CS、DI、DO通常也需要上拉)。DAT1-DAT3在SD模式下为推挽输出,通常不需要上拉。
目的:提供稳定高电平、改善信号完整性(减少噪声、反射、振铃)、确保可靠的总线初始化和通信。
避免:将上拉电阻放置在靠近SD卡卡座的位置。
补充说明:
电阻值选择: 常用上拉电阻值为10KΩ到100KΩ。47KΩ是一个非常常见的选择,它能在提供足够拉高能力(驱动高电平)和限制电流(当信号被拉低时)之间取得良好平衡。具体值可参考主控制器芯片手册和SD卡规格建议。
集成上拉: 很多现代微控制器或SD Host Controller芯片内部已经集成了可配置的上拉电阻。务必查阅主控制器芯片的数据手册! 如果内部上拉已启用且足够强(例如,电阻值合适,手册明确说明支持SD卡应用),则不需要再添加外部上拉电阻。添加不必要的上拉电阻(尤其是阻值太小的)反而可能导致信号无法拉低或增加功耗。
VDD电压匹配: 上拉电阻连接的电源电压必须与SD卡的工作电压(VDD)匹配。对于3.3V SD卡,上拉至3.3V;对于1.8V UHS卡,上拉至1.8V。注意主控制器接口电平也需要匹配。
设计建议流程:
查阅主控制器手册: 确认芯片是否内置SD卡所需的上拉电阻(特别是CMD和DAT0)。如果内置且满足要求,则优先使用内部上拉。
若无内置或不足:
在PCB布局时,将10KΩ - 100KΩ(典型值47KΩ)的外部上拉电阻(Rpu)尽可能靠近主控制器的CMD和DAT0信号输出引脚放置。
确保上拉电源(VDD_SD或VDD_3V3等)干净稳定。
保持从主控制器到SD卡座的信号线尽可能短、直,并考虑阻抗控制(如果速度较高)。
避免在SD卡卡座附近放置这些上拉电阻。
遵循“上拉电阻靠近信号源(主控制器)”这一原则,是确保SD接口(包括SD NAND)稳定可靠通信的关键设计实践之一。