專利名稱：支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的sd卡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的SD卡(Secure Digital)，特別是涉及一種同時實現(xiàn)數(shù)字安全輸入輸出接口(Secure Digital Input/Output，SDIO)和通用串行總線接口(Universal Serial Bus，USB)的SD卡。
背景技術：
目前絕大多數(shù)電腦的數(shù)字輸入輸出接口基本上都采用或帶有通用串行總線USB接口，由于具有USB接口設備的外形大小多種多樣并不統(tǒng)一，USB接口功耗又較大，并且不方便安裝在手持移動設備上，因此USB接口在手持移動設備上沒有得到廣泛應用，而目前新型的手持移動設備上大都裝有SDIO接口，對于一般的SD卡就無法與電腦上的USB接口連接。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述已有技術中的缺陷，本實用新型提供一種支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的SD卡。本實用新型主要包括單片控制器、USB接口、SDIO接口，其特征是在SD卡上設有USB接口和SDIO接口兩種接口，該兩種接口為復合式結構或獨立式結構，復合式結構為將USB接口的觸點與SDIO接口觸點復合，并將此復合接口通過線路轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)換成標準的USB接口，其使用，獨立式結構為在SD卡上單獨引出USB接口的觸點，直接輸入輸出或通過一線路轉(zhuǎn)接器間接輸入輸出，復合結構為單片控制器作為系統(tǒng)主控制器，主控制器U4器通過第2、3、4、5、8、9腳分別與SDIO接口U6相應觸點連接，主控制器U4第20、21腳與晶振Y1兩個管腳連接組成振蕩器，與非門元件U8第12和13腳連接電阻R11和電容C9的公共端，并通過第11腳與主控制器U4第10腳連接，SDIO接口U6通過觸點VCC分別與存儲芯片U2第12、37腳及主控制器U4第7、14、44腳以及與非門元件U8第14腳連接，主控制器U4第16、17腳分別通過電阻R61、R63與SDIO接口U6第8、9腳連接，SDIO接口U6第8腳通過電阻R62與3.3V直流電壓端連接，存儲芯片U2，第7至9、16至19、29至32和41至44腳分別與主控制器U4的閃存數(shù)據(jù)管理接口第24至30和36至43腳連接，USB接口U5第1腳與電壓轉(zhuǎn)換器U7第1腳連接，第2、3腳分別與SDIO接口U6第9、8腳連接，電壓轉(zhuǎn)換器U7第2、3腳接地，第5腳與SDIO接口U6第4腳連接，向SDIO接口U6提供3.3V直流電源，SDIO接口U6第5腳通過電阻R1接地，獨立結構為在卡體表面單獨引出USB總線觸點，在電路上設有一單片機芯片U9，單片機芯片U9第4腳與與非門元件U8第11腳連接，并將UART接口信號線路第16、17腳與主控制器U4第13、11腳連接，USB接口U5，其第1腳與電壓轉(zhuǎn)換芯片U7第1、3腳連接，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后從電壓轉(zhuǎn)換器U7的第5腳向整個系統(tǒng)提供3.3V直流工作電壓，USB接口U5第2、3腳分別通過電阻R63、R61與主控制器U4第17、16腳連接，同時第3腳通過電阻R62與3.3V直流電壓端連接，SDIO接口U6通過第4腳觸點VCC分別與主控制器U4第7、14、44腳及與非門元件U8第14腳以及單片機芯片U9第3腳連接，向這些芯片提供3.3V直流工作電壓。
本實用新型的優(yōu)點同一張卡既能夠用于具備SD/SDIO接口的設備，也能夠直接或通過一簡單、成本低廉的電路轉(zhuǎn)換設備間接接入具備USB主機端接口的設備，降低了軟件移植的難度，能夠在不同軟硬件平臺間保持應用數(shù)據(jù)一致性，擴大了已有設備的應用范圍。


圖1是標準SD卡與miniSD卡外型圖；圖2是復合式結構SD卡的外形與觸點排列圖；圖3是獨立式結構SD卡的外形與觸點排列圖；圖4是復合式結構的軟件初始化流程圖；圖5是復合式結構的電路原理圖；圖6是復合式結構的線路轉(zhuǎn)接器電路原理圖；圖7是獨立式結構的電路原理圖。
U2閃存芯片、U4主控制器、U5USB接口、U6 SDIO接口、U7電壓轉(zhuǎn)換芯片、U8與非門元件、U9單片機芯片、Y1為晶振、R為電阻、C為電容 U3、
以下結合附圖進一步說明本實用新型的實施例實施例1，復合式結構的硬件采用具備USB和SDIO雙設備端接口的單片控制器作為系統(tǒng)主控制器U4，管理閃存芯片U2中的數(shù)據(jù)存儲，并將SDIO接口U6中的相應電氣觸點復用為USB接口U5的觸點。
實施例1中的SD卡的外形尺寸與標準SD卡或miniSD卡相同，如圖1所示，由于其采用觸點復用方式，因此外形尺寸與標準SD卡外形相同，且同樣可以在miniSD卡上實現(xiàn)。
實施例1電路原理圖如圖5所示，主控制器U4采用單片微控制器，其通過第2、3、4、5、8、9腳分別與SDIO接口U6相應功能觸點連接，實現(xiàn)SDIO數(shù)據(jù)通信接口的信號傳遞與協(xié)議管理。主控制器U4第20、21腳與晶振Y1兩個管腳連接，組成振蕩器以獲得工作時鐘信號。與非門元件U8(74HC00與非門)第12和13腳與電阻R11和電容C9的公共端連接，利用TTL與非門的輸入門限獲得波形較好的上電復位信號，并通過與非門元件U8第11腳與主控制器U4第10腳連接，向主控制器U4提供此信號，以保證芯片的正常上電復位工作。
SDIO接口U6除了數(shù)字信號觸點1、2、5、7、8、9與U4的相應管腳連接外，還向整個系統(tǒng)提供工作所需的電源，其第4觸點VCC分別與閃存芯片U2第12、37腳，主控制器U4第7、14、44腳，與非門元件U8第14腳連接，向這些芯片提供3.3V直流工作電壓，主控制器U4第16、17腳分別通過電阻R61、R63與SDIO接口U6第8、9腳連接，SDIO接口U6第8腳通過電阻R62與3.3V直流電壓端連接，以實現(xiàn)USB接口接入信號管理。
數(shù)據(jù)存儲采用大容量NAND型閃存芯片U2，其第7至9、16至19、29至32和41至44腳分別與主控制器U4的閃存數(shù)據(jù)管理接口第24至30和36至43腳連接，通過主控制器U4實現(xiàn)對閃存中數(shù)據(jù)的讀寫訪問管理，從而使系統(tǒng)擁有大容量數(shù)據(jù)存儲功能。
此實施例中還需要一個接口轉(zhuǎn)換器，將標準USB總線接口電路通過簡單連線轉(zhuǎn)接到SDIO接口上，并將USB總線提供的5V直流電源轉(zhuǎn)換為3.3V直流電源。其電路如圖6所示，USB接口U5第1腳與電壓轉(zhuǎn)換器U7第1腳連接，向其提供5V直流電源，第2、3腳分別與SDIO接口U6第9、8腳連接，實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)線路向SDIO接口U6的轉(zhuǎn)接，電壓轉(zhuǎn)換器U7第2、3腳接地，第5腳與SDIO接口U6第4腳連接，向SDIO接口U6提供3.3V直流電源。SDIO接口U6第5腳通過電阻R1接地，以保證第5腳上的CLK信號不會受到噪聲信號干擾。
復合雙接口方式由于USB和SDIO通信接口電氣觸點復用，因此在軟件設計上需要考慮避免兩種協(xié)議相互沖突。
由于USB總線與SDIO總線都是總線供電方式，雙方的供電觸點與接地觸點重合，且任意時刻只有一個總線接口被激活使用，因此在系統(tǒng)上電初始化階段能夠通過協(xié)議相應的初始化信息確認所使用的總線接口。
其程序的軟件初始化流程如圖4所示，系統(tǒng)上電時除控制器內(nèi)核外，所有的外設控制器全部處于關閉狀態(tài)，外部控制管腳處于高阻態(tài)。此時分別對SDIO總線控制器和USB總線控制器進行初始化，并將SDIO總線的CMD、CLK與USB總線的D+、D-外部管腳打開。此時由于SDIO總線尚處于初始化階段，不需要使用DAT0-DAT3管腳，因此如果接入的是USB總線，分別與DAT1、DAT2復用外部電氣觸點的D+、D-不會受到其他信號的影響；而如果此時接入的是SDIO總線，由于此時SDIO協(xié)議不會在DAT0-3管腳上傳遞有效數(shù)據(jù)，因此也不會影響SDIO總線初始化過程。此時系統(tǒng)可以分別從兩個總線接受相應的初始化信息而不會相互影響。等到系統(tǒng)從其中某一個總線收到相應的初始化信息后，即可將另一個總線控制器與外部管腳關閉，并在以后的通信過程中始終采用完成初始化的總線進行數(shù)據(jù)傳遞，直至系統(tǒng)切斷電源。
實施例2，獨立式結構的硬件采用簡單的將一單片機通過串行接口與支持SDIO接口的串行口轉(zhuǎn)換芯片相連，使單片機能夠通過此轉(zhuǎn)換芯片與直接連接SDIO接口的主機(如PDA、智能手機等設備)通信，以達到擴展主機數(shù)據(jù)傳輸能力的目的。
相對于復合式結構而言，獨立式結構需要在SD卡體表面單獨引出USB總線觸點。實施例2外形尺寸可按照標準SD卡外形設計，并在卡體表面引出USB總線觸點，然后通過線路轉(zhuǎn)換器接入USB主機端接口，如圖2所示，也可在SD卡標準尺寸上加以剪裁，并將USB總線觸點單獨排列，使USB總線接口端能夠直接接入USB主機端接口，如圖3所示。
本實施例大部分電路與復合雙接口方式相同，主要區(qū)別在USB總線接入方式的不同，如圖7所示，主控制器U4采用單片微控制器，其通過第2、3、4、5、8、9腳分別與SDIO接口U6相應功能觸點連接，實現(xiàn)SDIO數(shù)據(jù)通信接口的信號傳遞與協(xié)議管理。主控制器U4第20、21腳與晶振Y1兩個管腳連接，組成振蕩器以獲得工作時鐘信號。與非門元件U8(74HC00與非門)第12和13腳連接R11和C9的公共端，利用TTL與非門的輸入門限獲得波形較好的上電復位信號，并通過第11腳與主控制器U4第10腳連接，向主控制器U4提供此信號，以保證芯片的正常上電復位工作。
SDIO接口U6除了數(shù)字信號觸點1、2、5、7、8、9與主控制器U4的相應管腳連接外，還向整個系統(tǒng)提供工作所需的電源，其第4觸點VCC分別與主控制器U4第7、14、44腳，U8第14腳，8051內(nèi)核的單片機芯片U9第3腳連接，向這些芯片提供3.3V直流工作電壓。
在電路上設有一8051內(nèi)核的單片機芯片U9，帶有8051內(nèi)核的單片機芯片U9第4腳與U8第11腳連接獲得上電復位信號，并將UART接口信號線路第16、17腳與主控制器U4第13、11腳連接，以實現(xiàn)單片機通過UART接口和控制器U4與帶有SDIO接口的主設備端通信。USB接口U5的第1腳與電壓轉(zhuǎn)換芯片U7第1、3腳連接，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后從U7的第5腳向整個系統(tǒng)提供3.3V直流工作電壓。由于USB接口和SDIO接口不會被同時使用，因此相互之間的電源供應不會沖突。除此之外，USB接口U5第2、3腳分別通過電阻R63、R61與U4第17、16腳連接，同時第3腳通過電阻R62與3.3V直流電壓端連接，以實現(xiàn)USB接口接入信號管理。
獨立式結構由于USB和SDIO通信接口保持物理上相互獨立，所以系統(tǒng)軟件在初始化階段分別初始化總線相應的控制器和外部管腳，并等待初始化信號即可。
復合式結構與獨立式結構都符合SD卡標準對卡體外形和觸點排列的要求。相比較而言，復合式結構需要通過一線路轉(zhuǎn)換器接入USB主機端接口，且軟件初始化較復雜；獨立式結構可直接接入USB主機端接口，使用較為簡便。獨立式結構需要在卡體表面單獨引出USB觸點，且需要對卡外形進行一定修改，使卡內(nèi)有效容積減少，這對卡內(nèi)電路設計提出較高要求，且無法在miniSD卡上實現(xiàn)直接接入USB主機端接口，因此這兩種實現(xiàn)方案各有其存在價值。
權利要求1.一種支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的SD卡，主要包括單片控制器、USB接口、SDIO接口，其特征是在SD卡上設有USB接口和SDIO接口兩種接口，該兩種接口為復合式結構或獨立式結構，復合式結構為將USB接口的觸點與SDIO接口觸點復合并將此復合接口通過線路轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)換成標準的USB接口，獨立式結構為在SD卡上單獨引出USB接口的觸點，直接輸入輸出或通過一線路轉(zhuǎn)接器間接輸入輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的SD卡，其特征在于所述復合結構為單片控制器作為系統(tǒng)主控制器，主控制器U4器通過第2、3、4、5、8、9腳分別與SDIO接口U6相應觸點連接，主控制器U4第20、21腳與晶振Y1兩個管腳連接組成振蕩器，與非門元件U8第12和13腳連接電阻R11和電容C9的公共端，并通過第11腳與主控制器U4第10腳連接，SDIO接口U6通過觸點VCC分別與存儲芯片U2第12、37腳及主控制器U4第7、14、44腳以及與非門元件U8第14腳連接，主控制器U4第16、17腳分別通過電阻R61、R63與SDIO接口U6第8、9腳連接，SDIO接口U6第8腳通過電阻R62與3.3V直流電壓端連接，閃存芯片U2，第7至9、16至19、29至32和41至44腳分別與主控制器U4的閃存數(shù)據(jù)管理接口第24至30和36至43腳連接，所述線路轉(zhuǎn)接器的USB接口U5第1腳與電壓轉(zhuǎn)換器U7第1腳連接，第2、3腳分別與SDIO接口U6第9、8腳連接，電壓轉(zhuǎn)換器U7第2、3腳接地，第5腳與SDIO接口U6第4腳連接，向SDIO接口U6提供3.3V直流電源，SDIO接口U6第5腳通過電阻R1接地。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的SD卡，其特征在于所述獨立結構為在卡體表面單獨引出USB總線觸點，在電路上設有一單片機芯片U9，單片機芯片U9第4腳與與非門元件U8第11腳連接，并將UART接口信號線路第16、17腳與主控制器U4第13、11腳連接，USB接口U5，其第1腳與電壓轉(zhuǎn)換芯片U7第1、3腳連接，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后從電壓轉(zhuǎn)換器U7的第5腳向整個系統(tǒng)提供3.3V直流工作電壓，USB接口U5第2、3腳分別通過電阻R63、R61與主控制器U4第17、16腳連接，同時第3腳通過電阻R62與3.3V直流電壓端連接，SDIO接口U6通過第4腳觸點VCC分別與主控制器U4第7、14、44腳及與非門元件U8第14腳以及單片機芯片U9第3腳連接，向這些芯片提供3.3V直流工作電壓。
專利摘要一種支持兩種數(shù)字輸入輸出接口的SD卡，主要包括單片控制器、USB接口、SDIO接口，其特征是在SD卡上設有USB接口和SDIO接口兩種接口，該兩種接口為復合式結構或獨立式結構，復合式結構為將USB接口的觸點與SDIO接口觸點復合并通過線路轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)換成標準的USB接口，獨立式結構為在SD卡上單獨引出USB接口的觸點，直接輸入輸出或通過一線路轉(zhuǎn)接器間接輸入輸出。優(yōu)點同一張卡既能夠用于具備SD/SDIO接口的設備，也能夠用于具備USB接口的設備，擴大了已有設備的應用范圍。
文檔編號G06K19/067GK2786711SQ20052003994
公開日2006年6月7日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權日2005年3月4日
發(fā)明者呂小輝 申請人:呂小輝