专利名称：支持两种数字输入输出接口的sd卡的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种支持两种数字输入输出接口的SD卡(Secure Digital)，特别是涉及一种同时实现数字安全输入输出接口(Secure Digital Input/Output，SDIO)和通用串行总线接口(Universal Serial Bus，USB)的SD卡。
背景技术：
目前绝大多数电脑的数字输入输出接口基本上都采用或带有通用串行总线USB接口，由于具有USB接口设备的外形大小多种多样并不统一，USB接口功耗又较大，并且不方便安装在手持移动设备上，因此USB接口在手持移动设备上没有得到广泛应用，而目前新型的手持移动设备上大都装有SDIO接口，对于一般的SD卡就无法与电脑上的USB接口连接。
发明内容
为了解决上述已有技术中的缺陷，本实用新型提供一种支持两种数字输入输出接口的SD卡。本实用新型主要包括单片控制器、USB接口、SDIO接口，其特征是在SD卡上设有USB接口和SDIO接口两种接口，该两种接口为复合式结构或独立式结构，复合式结构为将USB接口的触点与SDIO接口触点复合，并将此复合接口通过线路转接器转换成标准的USB接口，其使用，独立式结构为在SD卡上单独引出USB接口的触点，直接输入输出或通过一线路转接器间接输入输出，复合结构为单片控制器作为系统主控制器，主控制器U4器通过第2、3、4、5、8、9脚分别与SDIO接口U6相应触点连接，主控制器U4第20、21脚与晶振Y1两个管脚连接组成振荡器，与非门元件U8第12和13脚连接电阻R11和电容C9的公共端，并通过第11脚与主控制器U4第10脚连接，SDIO接口U6通过触点VCC分别与存储芯片U2第12、37脚及主控制器U4第7、14、44脚以及与非门元件U8第14脚连接，主控制器U4第16、17脚分别通过电阻R61、R63与SDIO接口U6第8、9脚连接，SDIO接口U6第8脚通过电阻R62与3.3V直流电压端连接，存储芯片U2，第7至9、16至19、29至32和41至44脚分别与主控制器U4的闪存数据管理接口第24至30和36至43脚连接，USB接口U5第1脚与电压转换器U7第1脚连接，第2、3脚分别与SDIO接口U6第9、8脚连接，电压转换器U7第2、3脚接地，第5脚与SDIO接口U6第4脚连接，向SDIO接口U6提供3.3V直流电源，SDIO接口U6第5脚通过电阻R1接地，独立结构为在卡体表面单独引出USB总线触点，在电路上设有一单片机芯片U9，单片机芯片U9第4脚与与非门元件U8第11脚连接，并将UART接口信号线路第16、17脚与主控制器U4第13、11脚连接，USB接口U5，其第1脚与电压转换芯片U7第1、3脚连接，经过电压转换后从电压转换器U7的第5脚向整个系统提供3.3V直流工作电压，USB接口U5第2、3脚分别通过电阻R63、R61与主控制器U4第17、16脚连接，同时第3脚通过电阻R62与3.3V直流电压端连接，SDIO接口U6通过第4脚触点VCC分别与主控制器U4第7、14、44脚及与非门元件U8第14脚以及单片机芯片U9第3脚连接，向这些芯片提供3.3V直流工作电压。
本实用新型的优点同一张卡既能够用于具备SD/SDIO接口的设备，也能够直接或通过一简单、成本低廉的电路转换设备间接接入具备USB主机端接口的设备，降低了软件移植的难度，能够在不同软硬件平台间保持应用数据一致性，扩大了已有设备的应用范围。
图1是标准SD卡与miniSD卡外型图；图2是复合式结构SD卡的外形与触点排列图；图3是独立式结构SD卡的外形与触点排列图；图4是复合式结构的软件初始化流程图；图5是复合式结构的电路原理图；图6是复合式结构的线路转接器电路原理图；图7是独立式结构的电路原理图。
U2闪存芯片、U4主控制器、U5USB接口、U6 SDIO接口、U7电压转换芯片、U8与非门元件、U9单片机芯片、Y1为晶振、R为电阻、C为电容 U3、
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例实施例1，复合式结构的硬件采用具备USB和SDIO双设备端接口的单片控制器作为系统主控制器U4，管理闪存芯片U2中的数据存储，并将SDIO接口U6中的相应电气触点复用为USB接口U5的触点。
实施例1中的SD卡的外形尺寸与标准SD卡或miniSD卡相同，如图1所示，由于其采用触点复用方式，因此外形尺寸与标准SD卡外形相同，且同样可以在miniSD卡上实现。
实施例1电路原理图如图5所示，主控制器U4采用单片微控制器，其通过第2、3、4、5、8、9脚分别与SDIO接口U6相应功能触点连接，实现SDIO数据通信接口的信号传递与协议管理。主控制器U4第20、21脚与晶振Y1两个管脚连接，组成振荡器以获得工作时钟信号。与非门元件U8(74HC00与非门)第12和13脚与电阻R11和电容C9的公共端连接，利用TTL与非门的输入门限获得波形较好的上电复位信号，并通过与非门元件U8第11脚与主控制器U4第10脚连接，向主控制器U4提供此信号，以保证芯片的正常上电复位工作。
SDIO接口U6除了数字信号触点1、2、5、7、8、9与U4的相应管脚连接外，还向整个系统提供工作所需的电源，其第4触点VCC分别与闪存芯片U2第12、37脚，主控制器U4第7、14、44脚，与非门元件U8第14脚连接，向这些芯片提供3.3V直流工作电压，主控制器U4第16、17脚分别通过电阻R61、R63与SDIO接口U6第8、9脚连接，SDIO接口U6第8脚通过电阻R62与3.3V直流电压端连接，以实现USB接口接入信号管理。
数据存储采用大容量NAND型闪存芯片U2，其第7至9、16至19、29至32和41至44脚分别与主控制器U4的闪存数据管理接口第24至30和36至43脚连接，通过主控制器U4实现对闪存中数据的读写访问管理，从而使系统拥有大容量数据存储功能。
此实施例中还需要一个接口转换器，将标准USB总线接口电路通过简单连线转接到SDIO接口上，并将USB总线提供的5V直流电源转换为3.3V直流电源。其电路如图6所示，USB接口U5第1脚与电压转换器U7第1脚连接，向其提供5V直流电源，第2、3脚分别与SDIO接口U6第9、8脚连接，实现USB数据线路向SDIO接口U6的转接，电压转换器U7第2、3脚接地，第5脚与SDIO接口U6第4脚连接，向SDIO接口U6提供3.3V直流电源。SDIO接口U6第5脚通过电阻R1接地，以保证第5脚上的CLK信号不会受到噪声信号干扰。
复合双接口方式由于USB和SDIO通信接口电气触点复用，因此在软件设计上需要考虑避免两种协议相互冲突。
由于USB总线与SDIO总线都是总线供电方式，双方的供电触点与接地触点重合，且任意时刻只有一个总线接口被激活使用，因此在系统上电初始化阶段能够通过协议相应的初始化信息确认所使用的总线接口。
其程序的软件初始化流程如图4所示，系统上电时除控制器内核外，所有的外设控制器全部处于关闭状态，外部控制管脚处于高阻态。此时分别对SDIO总线控制器和USB总线控制器进行初始化，并将SDIO总线的CMD、CLK与USB总线的D+、D-外部管脚打开。此时由于SDIO总线尚处于初始化阶段，不需要使用DAT0-DAT3管脚，因此如果接入的是USB总线，分别与DAT1、DAT2复用外部电气触点的D+、D-不会受到其他信号的影响；而如果此时接入的是SDIO总线，由于此时SDIO协议不会在DAT0-3管脚上传递有效数据，因此也不会影响SDIO总线初始化过程。此时系统可以分别从两个总线接受相应的初始化信息而不会相互影响。等到系统从其中某一个总线收到相应的初始化信息后，即可将另一个总线控制器与外部管脚关闭，并在以后的通信过程中始终采用完成初始化的总线进行数据传递，直至系统切断电源。
实施例2，独立式结构的硬件采用简单的将一单片机通过串行接口与支持SDIO接口的串行口转换芯片相连，使单片机能够通过此转换芯片与直接连接SDIO接口的主机(如PDA、智能手机等设备)通信，以达到扩展主机数据传输能力的目的。
相对于复合式结构而言，独立式结构需要在SD卡体表面单独引出USB总线触点。实施例2外形尺寸可按照标准SD卡外形设计，并在卡体表面引出USB总线触点，然后通过线路转换器接入USB主机端接口，如图2所示，也可在SD卡标准尺寸上加以剪裁，并将USB总线触点单独排列，使USB总线接口端能够直接接入USB主机端接口，如图3所示。
本实施例大部分电路与复合双接口方式相同，主要区别在USB总线接入方式的不同，如图7所示，主控制器U4采用单片微控制器，其通过第2、3、4、5、8、9脚分别与SDIO接口U6相应功能触点连接，实现SDIO数据通信接口的信号传递与协议管理。主控制器U4第20、21脚与晶振Y1两个管脚连接，组成振荡器以获得工作时钟信号。与非门元件U8(74HC00与非门)第12和13脚连接R11和C9的公共端，利用TTL与非门的输入门限获得波形较好的上电复位信号，并通过第11脚与主控制器U4第10脚连接，向主控制器U4提供此信号，以保证芯片的正常上电复位工作。
SDIO接口U6除了数字信号触点1、2、5、7、8、9与主控制器U4的相应管脚连接外，还向整个系统提供工作所需的电源，其第4触点VCC分别与主控制器U4第7、14、44脚，U8第14脚，8051内核的单片机芯片U9第3脚连接，向这些芯片提供3.3V直流工作电压。
在电路上设有一8051内核的单片机芯片U9，带有8051内核的单片机芯片U9第4脚与U8第11脚连接获得上电复位信号，并将UART接口信号线路第16、17脚与主控制器U4第13、11脚连接，以实现单片机通过UART接口和控制器U4与带有SDIO接口的主设备端通信。USB接口U5的第1脚与电压转换芯片U7第1、3脚连接，经过电压转换后从U7的第5脚向整个系统提供3.3V直流工作电压。由于USB接口和SDIO接口不会被同时使用，因此相互之间的电源供应不会冲突。除此之外，USB接口U5第2、3脚分别通过电阻R63、R61与U4第17、16脚连接，同时第3脚通过电阻R62与3.3V直流电压端连接，以实现USB接口接入信号管理。
独立式结构由于USB和SDIO通信接口保持物理上相互独立，所以系统软件在初始化阶段分别初始化总线相应的控制器和外部管脚，并等待初始化信号即可。
复合式结构与独立式结构都符合SD卡标准对卡体外形和触点排列的要求。相比较而言，复合式结构需要通过一线路转换器接入USB主机端接口，且软件初始化较复杂；独立式结构可直接接入USB主机端接口，使用较为简便。独立式结构需要在卡体表面单独引出USB触点，且需要对卡外形进行一定修改，使卡内有效容积减少，这对卡内电路设计提出较高要求，且无法在miniSD卡上实现直接接入USB主机端接口，因此这两种实现方案各有其存在价值。
权利要求1.一种支持两种数字输入输出接口的SD卡，主要包括单片控制器、USB接口、SDIO接口，其特征是在SD卡上设有USB接口和SDIO接口两种接口，该两种接口为复合式结构或独立式结构，复合式结构为将USB接口的触点与SDIO接口触点复合并将此复合接口通过线路转接器转换成标准的USB接口，独立式结构为在SD卡上单独引出USB接口的触点，直接输入输出或通过一线路转接器间接输入输出。
2.根据权利要求1所述的一种支持两种数字输入输出接口的SD卡，其特征在于所述复合结构为单片控制器作为系统主控制器，主控制器U4器通过第2、3、4、5、8、9脚分别与SDIO接口U6相应触点连接，主控制器U4第20、21脚与晶振Y1两个管脚连接组成振荡器，与非门元件U8第12和13脚连接电阻R11和电容C9的公共端，并通过第11脚与主控制器U4第10脚连接，SDIO接口U6通过触点VCC分别与存储芯片U2第12、37脚及主控制器U4第7、14、44脚以及与非门元件U8第14脚连接，主控制器U4第16、17脚分别通过电阻R61、R63与SDIO接口U6第8、9脚连接，SDIO接口U6第8脚通过电阻R62与3.3V直流电压端连接，闪存芯片U2，第7至9、16至19、29至32和41至44脚分别与主控制器U4的闪存数据管理接口第24至30和36至43脚连接，所述线路转接器的USB接口U5第1脚与电压转换器U7第1脚连接，第2、3脚分别与SDIO接口U6第9、8脚连接，电压转换器U7第2、3脚接地，第5脚与SDIO接口U6第4脚连接，向SDIO接口U6提供3.3V直流电源，SDIO接口U6第5脚通过电阻R1接地。
3.根据权利要求1所述的一种支持两种数字输入输出接口的SD卡，其特征在于所述独立结构为在卡体表面单独引出USB总线触点，在电路上设有一单片机芯片U9，单片机芯片U9第4脚与与非门元件U8第11脚连接，并将UART接口信号线路第16、17脚与主控制器U4第13、11脚连接，USB接口U5，其第1脚与电压转换芯片U7第1、3脚连接，经过电压转换后从电压转换器U7的第5脚向整个系统提供3.3V直流工作电压，USB接口U5第2、3脚分别通过电阻R63、R61与主控制器U4第17、16脚连接，同时第3脚通过电阻R62与3.3V直流电压端连接，SDIO接口U6通过第4脚触点VCC分别与主控制器U4第7、14、44脚及与非门元件U8第14脚以及单片机芯片U9第3脚连接，向这些芯片提供3.3V直流工作电压。
专利摘要一种支持两种数字输入输出接口的SD卡，主要包括单片控制器、USB接口、SDIO接口，其特征是在SD卡上设有USB接口和SDIO接口两种接口，该两种接口为复合式结构或独立式结构，复合式结构为将USB接口的触点与SDIO接口触点复合并通过线路转接器转换成标准的USB接口，独立式结构为在SD卡上单独引出USB接口的触点，直接输入输出或通过一线路转接器间接输入输出。优点同一张卡既能够用于具备SD/SDIO接口的设备，也能够用于具备USB接口的设备，扩大了已有设备的应用范围。
文档编号G06K19/067GK2786711SQ20052003994
公开日2006年6月7日 申请日期2005年3月4日 优先权日2005年3月4日
发明者吕小辉 申请人:吕小辉