一种智能切换io电压的sd卡驱动电路
技术领域
1.本发明涉及存储卡技术领域，尤其是涉及一种智能切换io电压的sd卡驱动电路。
背景技术：2.sd卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，由于它体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性，被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、平板电脑和多媒体播放器等。随着科技的发展，数据体积逐渐变大，因此sd卡的容量和传输速度逐步提升，而现有技术中，sd卡的驱动电路的io大多数是3.3v电平，驱动电压单一，因此在读写sd卡时速度受到限制，对不同读写速度协议的sd卡兼容性差，数据交互效率低，严重影响应用体验，因此有必要予以改进。
技术实现要素：3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，智能切换工作模式，兼容性高，提升用户体验。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，包括电源芯片u1、电源输出端nvcc_sd、输出电压反馈电路、io电压自动切换电路和用于电性连接sd卡的sd卡驱动总线，
5.电源芯片u1的引脚in电连接直流电源正极，
6.电源芯片u1的引脚shdn电连接直流电源正极，
7.电源芯片u1的引脚out电连接电源输出端nvcc_sd，
8.电源芯片u1的引脚gnd与接地端电连接，
9.mcu芯片u2设置有sd_vselect控制io和供电引脚j6，
10.io电压自动切换电路包括电阻r2、电阻r4和mos管q1，
11.电阻r2连接在mos管q1的漏极与电源芯片u1的引脚out之间，
12.电阻r4连接在mos管q1的栅极与接地端之间，
13.mcu芯片u2的sd_vselect控制io电连接mos管q1的栅极，
14.mcu芯片u2的供电引脚j6电连接电源输出端nvcc_sd，
15.mcu芯片通过sd卡驱动总线电性连接sd卡，
16.电阻r1和电阻r3串联组成输出电压反馈电路，输出电压反馈电路连接于电源芯片u1的引脚out与接地端之间，电阻r1和电阻r3之间具有结点a，结点a分别电性连接电源芯片u1的反馈引脚fb和mos管q1的源极。
17.进一步的技术方案中，引脚in与接地端之间接入有第一稳压滤波电路，第一稳压滤波电路包括电容c1和电容c2，电容c1和电容c2分别连接于引脚in与接地端之间。
18.进一步的技术方案中，电源输出端nvcc_sd与接地端之间接入有第二稳压滤波电路，第二稳压滤波电路包括电容c3和电容c4，电容c3和电容c4分别连接于电源输出端nvcc_sd与接地端之间。
19.进一步的技术方案中，电源芯片u1的型号选用rt9043gb，mcu芯片u2的型号选用mimxrt1021、mimxrt1051、mimxrt1052、mimxrt1064或mimxrt1176，mos管q1的型号选用2sk3018，直流电源正极选用+5v供电电压。
20.进一步的技术方案中，mos管q1的内部设置有一个栅极保护二极管，栅极保护二极管连接于栅极与源极之间。
21.进一步的技术方案中，电阻r1的阻值为357kω，电阻r2的阻值为140kω，电阻r3的阻值为200kω，电阻r4的阻值为100kω。
22.进一步的技术方案中，sd卡驱动电路的工作模式包括低速模式和高速模式，
23.在sd_vselect控制io的电压为低电平时sd卡驱动电路处于低速模式，在低速模式的工作状态下，mos管q1栅源电压小于0v，mos管q1处于截止状态，电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+r1/r3)*1.2；
24.在sd_vselect控制io的电压为高电平时sd卡驱动电路处于高速模式，在高速模式的工作状态下，mos管q1栅源电压大于导通阈值1.5v，mos管q1处于导通状态，在mos管q1处于导通状态时电阻r1和电阻r2并联，电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+(r1*r2)/(r1+r2)/r3)*1.2。
25.进一步的技术方案中，mcu芯片u2设置有一个sd卡控制单元，sd卡控制单元电性连接sd卡驱动总线，用于兼容读取连接于sd卡驱动总线的sd卡的sd卡信息并确认该sd卡支持的协议类型和速度；
26.在mcu芯片u2初始化时sd卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率设置为400khz，sd卡控制单元通过mcu芯片u2的sd_vselect控制io输出一个电平控制信号，在电源芯片u1接收sd_vselect控制io的电平控制信号后sd卡控制单元设置sd卡驱动总线的带宽为4bit；
27.在电源输出端nvcc_sd的电压为3.3v时sd卡驱动总线设置有对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5mb/sec的速率模式25mhz和对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为25mb/sec的速率模式50mhz；
28.在电源输出端nvcc_sd的电压为1.8v时sd卡驱动总线设置有速率模式sdr12、速率模式sdr25、速率模式sdr50、速率模式sdr104以及速率模式ddr50；
29.速率模式sdr12的工作频率设置为25mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为12.5mb/sec，
30.速率模式sdr25的工作频率设置为50mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为25mb/sec，
31.速率模式sdr50的工作频率设置为100mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50mb/sec，
32.速率模式sdr104的工作频率设置为208mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为104mb/sec，
33.速率模式ddr50的工作频率设置为50mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50mb/sec。
34.本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明针对不同的sd卡支持的协议类型和速度智能自动识别sd卡，并自动智能切换和匹配sd卡驱动总线的带宽和工作频率，自动切换低速模式和高速模式，不但sd卡的兼容性强，传输速率快，读卡稳定性高，延长sd卡的
使用寿命；驱动电路结构简单，便于批量生产。
附图说明
35.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
36.图1是本发明的电路原理图。
37.图中：
38.10、第一稳压滤波电路；
39.20、第二稳压滤波电路；
40.30、输出电压反馈电路；
41.40、io电压自动切换电路；
42.50、sd卡控制单元。
具体实施方式
43.以下仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
44.一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，如图1所示，包括电源芯片u1、电源输出端nvcc_sd、输出电压反馈电路30、io电压自动切换电路40和用于电性连接sd卡的sd卡驱动总线，电源芯片u1的引脚in电连接直流电源正极，电源芯片u1的引脚shdn电连接直流电源正极，电源芯片u1的引脚out电连接电源输出端nvcc_sd，电源芯片u1的引脚gnd与接地端电连接，mcu芯片u2设置有sd_vselect控制io和供电引脚j6，io电压自动切换电路40包括电阻r2、电阻r4和mos管q1，电阻r2连接在mos管q1的漏极与电源芯片u1的引脚out之间，电阻r4连接在mos管q1的栅极与接地端之间，mcu芯片u2的sd_vselect控制io电连接mos管q1的栅极，mcu芯片u2的供电引脚j6电连接电源输出端nvcc_sd，mcu芯片通过sd卡驱动总线电性连接sd卡，电阻r1和电阻r3串联组成输出电压反馈电路30，输出电压反馈电路30连接于电源芯片u1的引脚out与接地端之间，电阻r1和电阻r3之间具有结点a，结点a分别电性连接电源芯片u1的反馈引脚fb和mos管q1的源极。
45.传统的sd卡驱动电路的io电压一般为3.3v，读写速度也因此受限，而本发明针对不同的sd卡支持的协议类型和速度智能自动识别sd卡，并自动智能切换和匹配sd卡驱动总线的带宽和工作频率，自动切换低速模式和高速模式，不但sd卡的兼容性强，传输速率快，读卡稳定性高，延长sd卡的使用寿命；驱动电路结构简单，便于批量生产。
46.引脚in与接地端之间接入有第一稳压滤波电路10，第一稳压滤波电路10包括电容c1和电容c2，电容c1和电容c2分别连接于引脚in与接地端之间。电容c1和电容c2组成第一稳压滤波电路10，在输入电压负载环境温度电路参数等发生变化时保持电压恒定，保护sd卡驱动电路，延长sd卡驱动电路的使用寿命，提高稳定性。
47.电源输出端nvcc_sd与接地端之间接入有第二稳压滤波电路20，第二稳压滤波电路20包括电容c3和电容c4，电容c3和电容c4分别连接于电源输出端nvcc_sd与接地端之间。电容c3和电容c4组成第二稳压滤波电路20，在电压负载环境温度电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定，保护sd卡，延长sd卡的使用寿命，提高稳定性。
48.具体地，电源芯片u1的型号选用rt9043gb，mcu芯片u2的型号选用mimxrt1021、mimxrt1051、mimxrt1052、mimxrt1064或mimxrt1176，mos管q1的型号选用2sk3018，直流电
源正极选用+5v供电电压。电阻r1的阻值为357kω，电阻r2的阻值为140kω，电阻r3的阻值为200kω，电阻r4的阻值为100kω。mos管q1的内部设置有一个栅极保护二极管，栅极保护二极管连接于栅极与源极之间，栅极保护二极管防止反接导致烧毁损坏mos管q1。
49.具体地，sd卡驱动电路的工作模式包括低速模式和高速模式，
50.低速模式是指sd_vselect控制io的电压为0v时的工作模式，在sd卡驱动电路处于低速模式时sd卡驱动电路处于数据传输速度(读/写)不大于25mb/sec的工作状态；
51.高速模式是指sd_vselect控制io的电压为3.3v时的工作模式，在sd卡驱动电路处于高速模式时sd卡驱动电路处于数据传输速度(读/写)不大于104mb/sec的工作状态；
52.在sd_vselect控制io的电压为低电平时sd卡驱动电路处于低速模式，在低速模式的工作状态下，mos管q1栅源电压小于0v，mos管q1处于截止状态，电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+r1/r3)*1.2；根据电阻r1的阻值357kω和电阻r3的阻值200kω，即电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+357k/200k)*1.2＝3.342v，即电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压为3.3v，此时sd卡处于低速读写状态。
53.在sd_vselect控制io的电压为高电平时sd卡驱动电路处于高速模式，在高速模式的工作状态下，mos管q1栅源电压大于导通阈值1.5v，mos管q1处于导通状态，在mos管q1处于导通状态时电阻r1和电阻r2并联，电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+(r1*r2)/(r1+r2)/r3)*1.2。根据电阻r1的阻值357kω、电阻r2的阻值为140kω和电阻r3的阻值200kω，电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+(357k*140k)/(357+140k)/200k)*1.2＝1.803v，即电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压为1.8v，此时sd卡处于高速读写状态。
54.具体地，mcu芯片u2设置有一个sd卡控制单元50，sd卡控制单元50电性连接sd卡驱动总线，用于兼容读取连接于sd卡驱动总线的sd卡的sd卡信息并确认该sd卡支持的协议类型和速度；在mcu芯片u2初始化时sd卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率设置为400khz，sd卡控制单元50通过mcu芯片u2的sd_vselect控制io输出一个电平控制信号，在电源芯片u1接收sd_vselect控制io的电平控制信号后sd卡控制单元50设置sd卡驱动总线的带宽为4bit；
55.在电源输出端nvcc_sd的电压为3.3v时sd卡驱动总线设置有对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5mb/sec的速率模式25mhz和对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为25mb/sec的速率模式50mhz；
56.在电源输出端nvcc_sd的电压为1.8v时sd卡驱动总线设置有速率模式sdr12、速率模式sdr25、速率模式sdr50、速率模式sdr104以及速率模式ddr50；速率模式sdr12的工作频率设置为25mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为12.5mb/sec，速率模式sdr25的工作频率设置为50mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为25mb/sec，速率模式sdr50的工作频率设置为100mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50mb/sec，速率模式sdr104的工作频率设置为208mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为104mb/sec，速率模式ddr50的工作频率设置为50mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50mb/sec。
57.根据sd卡的驱动初始化协议，上电时电源输出端nvcc_sd的默认电压为3.3v，mcu芯片u2的初始化流程如下：
58.先通过sd卡控制单元50将sd卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率为400khz，sd卡驱动电路进入卡识别模式，再通过sd卡驱动总线读取该sd卡的sd卡信息，sd卡信息包括sd卡的acmd41指令或cmd41指令的返回信息，以实现确认该sd卡支持的协议类型和速度，再通过sd_vselect控制io输出高电平或低电平，然后sd卡控制单元50将sd卡驱动总线的带宽设置为4bit，sd卡驱动电路自动切换至数据传输模式，当电源输出端nvcc_sd的电压为3.3v的时候速率模式为25mhz和50mhz，对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5mb/sec和25mb/sec。
59.当电源输出端nvcc_sd的电压为1.8v的时候速率模式为sdr12为25mhz、sdr25为50mhz、sdr50为100mhz、sdr104为208mhz、ddr50为50mhz。对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为sdr12为12.5mb/sec、sdr25为25mb/sec、sdr50为50mb/sec、sdr104为104mb/sec、ddr50为50mb/sec。
60.以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
技术特征：1.一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：包括电源芯片u1、电源输出端nvcc_sd、输出电压反馈电路(30)、io电压自动切换电路(40)和用于电性连接sd卡的sd卡驱动总线，电源芯片u1的引脚in电连接直流电源正极，电源芯片u1的引脚shdn电连接直流电源正极，电源芯片u1的引脚out电连接电源输出端nvcc_sd，电源芯片u1的引脚gnd与接地端电连接，mcu芯片u2设置有sd_vselect控制io和供电引脚j6，io电压自动切换电路(40)包括电阻r2、电阻r4和mos管q1，电阻r2连接在mos管q1的漏极与电源芯片u1的引脚out之间，电阻r4连接在mos管q1的栅极与接地端之间，mcu芯片u2的sd_vselect控制io电连接mos管q1的栅极，mcu芯片u2的供电引脚j6电连接电源输出端nvcc_sd，mcu芯片通过sd卡驱动总线电性连接sd卡，电阻r1和电阻r3串联组成输出电压反馈电路(30)，输出电压反馈电路(30)连接于电源芯片u1的引脚out与接地端之间，电阻r1和电阻r3之间具有结点a，结点a分别电性连接电源芯片u1的反馈引脚fb和mos管q1的源极。2.根据权利要求1所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述引脚in与所述接地端之间接入有第一稳压滤波电路(10)，第一稳压滤波电路(10)包括电容c1和电容c2，电容c1和电容c2分别连接于引脚in与接地端之间。3.根据权利要求1所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述电源输出端nvcc_sd与所述接地端之间接入有第二稳压滤波电路(20)，第二稳压滤波电路(20)包括电容c3和电容c4，电容c3和电容c4分别连接于电源输出端nvcc_sd与接地端之间。4.根据权利要求1所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述电源芯片u1的型号选用rt9043gb，所述mcu芯片u2的型号选用mimxrt1021、mimxrt1051、mimxrt1052、mimxrt1064或mimxrt1176，所述mos管q1的型号选用2sk3018，所述直流电源正极选用+5v供电电压。5.根据权利要求1所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述mos管q1的内部设置有一个栅极保护二极管，栅极保护二极管连接于所述栅极与所述源极之间。6.根据权利要求1所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述电阻r1的阻值为357kω，所述电阻r2的阻值为140kω，所述电阻r3的阻值为200kω，所述电阻r4的阻值为100kω。7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述sd卡驱动电路的工作模式包括低速模式和高速模式，在所述sd_vselect控制io的电压为低电平时sd卡驱动电路处于低速模式，在低速模式的工作状态下，所述mos管q1栅源电压小于0v，mos管q1处于截止状态，所述电源芯片u1输出至所述电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+r1/r3)*1.2；在sd_vselect控制io的电压为高电平时sd卡驱动电路处于高速模式，在高速模式的工
作状态下，mos管q1栅源电压大于导通阈值1.5v，mos管q1处于导通状态，在mos管q1处于导通状态时所述电阻r1和所述电阻r2并联，电源芯片u1输出至电源输出端nvcc_sd的电压设置为(1+(r1*r2)/(r1+r2)/r3)*1.2。8.根据权利要求7所述的一种智能切换io电压的sd卡驱动电路，其特征在于：所述mcu芯片u2设置有一个sd卡控制单元(50)，sd卡控制单元(50)电性连接所述sd卡驱动总线，用于兼容读取连接于sd卡驱动总线的sd卡的sd卡信息并确认该sd卡支持的协议类型和速度；在mcu芯片u2初始化时sd卡驱动总线的带宽设置为1bit、频率设置为400khz，sd卡控制单元(50)通过mcu芯片u2的所述sd_vselect控制io输出一个电平控制信号，在所述电源芯片u1接收sd_vselect控制io的电平控制信号后sd卡控制单元(50)设置sd卡驱动总线的带宽为4bit；在所述电源输出端nvcc_sd的电压为3.3v时sd卡驱动总线设置有对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为12.5mb/sec的速率模式25mhz和对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率为25mb/sec的速率模式50mhz；在电源输出端nvcc_sd的电压为1.8v时sd卡驱动总线设置有速率模式sdr12、速率模式sdr25、速率模式sdr50、速率模式sdr104以及速率模式ddr50；速率模式sdr12的工作频率设置为25mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为12.5mb/sec，速率模式sdr25的工作频率设置为50mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为25mb/sec，速率模式sdr50的工作频率设置为100mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50mb/sec，速率模式sdr104的工作频率设置为208mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为104mb/sec，速率模式ddr50的工作频率设置为50mhz、对应的sd卡驱动总线的理论数据传输速率设置为50mb/sec。
技术总结本发明公开了一种智能切换IO电压的SD卡驱动电路，包括电源芯片U1、MCU芯片U2、电源输出端NVCC_SD、输出电压反馈电路和IO电压自动切换电路，输出电压反馈电路连接于电源芯片U1的引脚OUT与接地端之间，IO电压自动切换电路的MOS管Q1的栅极同时电连接MCU芯片U2的SD_VSELECT控制IO，本发明针对不同的SD卡支持的协议类型和速度智能自动识别SD卡，并自动智能切换和匹配SD卡驱动总线的带宽和工作频率，自动切换低速模式和高速模式，不但SD卡的兼容性强，传输速率快，读卡稳定性高。读卡稳定性高。读卡稳定性高。
技术研发人员：张伟灿 刘火良 杨森
受保护的技术使用者：东莞野火科技有限公司
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1
