SD卡保护系统、方法及用于多卡槽合一连接器的保护电路与流程

本发明涉及热拔插保护领域，特别是涉及一种sd卡保护系统、终端设备、sd卡保护方法、用于多卡槽合一连接器的保护电路及多卡槽合一连接器。

背景技术：

旧时的手机设计上大部分都有独立的sim卡槽和sd卡槽，这种设计因为是独立的卡槽，不会有安全上的风险，唯一的缺点就是占用手机空间非常大。随着智能机的功能越来越强大，同时要兼顾轻薄化的要求，使得手机架构空间越来越紧张，因此出现了多卡槽合一连接器带卡托方案。多卡槽合一连接器，能同时兼容一或二张sim卡和sd卡通过卡托插入的连接器，带卡托插拔设计能够很好缓解空间紧张问题。

现有的两个sim卡槽和一个sd卡槽的多卡槽合一连接器如图1-图4所示，图1为多卡槽合一连接器座子的正面结构示意图，图2为多卡槽合一连接器座子的反面结构示意图，图3为与多卡槽合一连接器座子配套的卡托结构示意图，图4为多卡槽合一连接器座子在电路板上的焊盘分布示意图。从图3的卡托结构示意图和图4的焊盘图以及sim卡本身的定义可以看出，由于sim卡的c5脚接地，sim卡的c4管脚和c8管脚与c5连接，如图3所示，当带有sd卡和sim卡的卡托从下往上拔出过程中，若sd卡的电源脚pin4的供电不能很快关断，以及供电关断后电源管脚pin4上的电压不能快速降低，容易被sim卡的c4管脚短路，可能烧坏sd卡的电源、sd卡以及烧坏sim卡等。因此，多卡槽合一连接器由于需要使用卡托插拔，会引起物理行程问题，容易造成在热插拔过程中烧卡(sd卡和/或sim卡)和/或烧电源管理芯片(sd卡供电电源)的问题。

现有技术中，常见sd卡与主系统的连接示意图如图5所示，当cpu收到sd卡拔出检测信号det后，cpu会根据sdio协议去判断是否仍然能够与卡通讯，如果不能通讯，就通过总线(比如i2c，spmi等)发命令给电源管理芯片pmic，由电源管理芯片pmic去关断sd卡电源vdd_sd3p3。这种关断电源的处理，是毫秒级别的，甚至是几百毫秒，当然用在单卡上面是没有问题的，但是用在多卡槽合一的情况下，由于卡托的插拔过程都是微秒到毫秒级不等的，如果不及时关断电源就有短路风险。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种sd卡保护系统、终端设备、sd卡保护方法、用于多卡槽合一连接器的保护电路及多卡槽合一连接器。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种sd卡保护系统，包括多卡槽合一连接器、开关单元、电荷泄放单元、检测单元、以及控制器；所述开关单元串接于连接器的sd卡电源管脚的供电线路中；所述电荷泄放单元与连接器的sd卡电源管脚连接；所述检测单元用于检测卡托的拔插状态；所述控制器与多卡槽合一连接器通过数据接口连接；所述检测单元的输出端与控制器的第一输入端连接，控制器的第一输出端与开关单元的控制端连接，控制器的第二输出端与电荷泄放单元的控制端连接。

上述技术方案的有益效果为：当检测单元检测到卡托插入时，控制器能够关闭电荷泄放单元，控制开关单元导通，连接器的sd卡电源管脚上的供电接通；当检测单元检测到卡托拔出时，控制器能够快速地控制开关单元断开，开启电荷泄放单元，连接器的sd卡电源管脚上的供电被切断，并且连接器的sd卡电源管脚上的残余电荷通过电荷泄放单元快速泄放，使得连接器的sd卡电源管脚的电压快速降低。在sd卡供电线上设置了快速的开关单元，电荷泄放单元等，通过控制器的调度，从系统级别上保证了卡托无论插拔，都不会造成主板和卡烧坏。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种终端设备，所述终端设备上设有本发明所述的sd卡保护系统。

上述技术方案的有益效果为：保证了卡托拔插过程中sd、sim卡、以及sd卡供电电源的安全，解决了热拔插过程中烧卡或损毁主板的问题。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种sd卡保护方法，包括：

控制器接收并根据检测单元的输出信息获取多卡槽合一连接器的卡托的拔插状态，根据获取的拔插状态进行如下处理：

当卡托的拔插状态为拔出时，启动放电检测单元，控制开关单元断开，开启电荷泄放单元泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷；基于放电检测单元获取连接器的sd卡电源管脚的电荷泄放状态，当sd卡电源管脚的电荷泄放完成时，关闭电荷泄放单元；控制器控制电源管理单元关闭sd卡电源；

当卡托的拔插状态为插入时，关闭放电检测单元，控制电荷泄放单元关闭，控制开关单元导通；控制器控制电源管理单元开启sd卡电源。

上述技术方案的有益效果为：通过控制器的调度，从系统级别上保证了卡托无论插拔，都不会造成主板和卡烧坏；通过放电检测单元，能够了解电荷泄放实时状态，当检测到sd卡电源管脚的电荷泄放完成时，关闭电荷泄放单元，为下次开启做准备。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种用于多卡槽合一连接器的保护电路，包括开关单元、电荷泄放单元、检测单元、以及控制器；所述开关单元串接于连接器的sd卡电源管脚的供电线路中；所述电荷泄放单元与连接器的sd卡电源管脚连接；所述检测单元用于检测卡托的拔插状态；所述控制器接收并根据检测单元的输出信息获取多卡槽合一连接器的卡托的拔插状态，当卡托插入时，关闭电荷泄放单元，控制开关单元导通，当卡托拔出时，控制开关单元断开，开启电荷泄放单元泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷。

上述技术方案的有益效果为：当检测单元检测到卡托插入时，控制器能够关闭电荷泄放单元，控制开关单元导通，连接器的sd卡电源管脚上的供电接通；当检测单元检测到卡托拔出时，控制器能够快速地控制开关单元断开，开启电荷泄放单元，连接器的sd卡电源管脚上的供电被切断，并且连接器的sd卡电源管脚上的残余电荷通过电荷泄放单元快速泄放，使得连接器的sd卡电源管脚的电压快速降为零；这样来保证卡托拔插过程中sd、sim卡、以及sd卡供电电源的安全，解决了热拔插过程中烧卡或损毁主板的问题。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第五个方面，本发明提供了一种多卡槽合一连接器，包括连接器座子、可拔出或插入所述连接器座子的卡托，所述卡托上设有至少一个sd卡槽和至少一个sim卡槽，至少一个sim卡槽和至少一个sd卡槽沿卡托拔出连接器座子的方向排列；还设有本发明所述的保护电路。

上述技术方案的有益效果为：该多卡槽合一连接器在卡托拔插过程中sd、sim卡、以及sd卡供电电源的具有安全性，无需外部涉入，能独立解决了热拔插过程中烧卡或损毁主板的问题。

附图说明

图1是现有技术中多卡槽合一连接器座子的正面结构示意图；

图2是现有技术中多卡槽合一连接器座子的反面结构示意图；

图3是现有技术中与多卡槽合一连接器座子配套的卡托结构示意图；

图4是现有技术中多卡槽合一连接器座子在电路板上的焊盘分布示意图；

图5是现有技术中sd卡与主系统的连接示意图；

图6是本发明一具体实施方式中sd卡保护系统的电路示意图；

图7是本发明一具体实施方式中sd卡保护系统的结构示意图；

图8是本发明一应用场景中sd卡保护方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明公开了一种sd卡保护系统，如图6和图7所示，在一种优选实施方式中，该sd卡保护系统包括多卡槽合一连接器、开关单元、电荷泄放单元、检测单元、以及控制器；开关单元串接于连接器的sd卡电源管脚的供电线路中；电荷泄放单元与连接器的sd卡电源管脚连接；检测单元用于检测卡托的拔插状态；控制器与多卡槽合一连接器通过数据接口连接；检测单元的输出端与控制器的第一输入端连接，控制器的第一输出端与开关单元的控制端连接，控制器的第二输出端与电荷泄放单元的控制端连接。

在本实施方式中，控制器为多卡槽合一连接器所在主板的cpu控制器。优选的，系统还包括电源管理单元，控制器与电源管理单元连接，用于控制电源管理单元内部各供电电源的开启或关闭；多卡槽合一连接器的sd卡电源管脚与电源管理单元的sd卡电源输出端连接。

在本实施方式中，优选的，cpu控制器分别通过多个gpio管脚分别与检测单元的输出端、开关单元的控制端和电荷泄放单元的控制端连接。

在本实施方式中，检测单元优选但不限于为通过连接器上的拔插检测管脚(如图5、图6和图7中连接器的sw/cd管脚)构建的检测电路，或者为检测连接器的sim卡电源管脚的电压状态的现有的电压传感器或电压检测电路。

在本实施方式中，优选的，通过连接器上的拔插检测管脚(如图5、图6、图7中连接器的sw/cd管脚)构建的检测电路具体电路结构如图6所示，检测单元包括连接器的拔插检测管脚sw/cd、第二电阻r2和第三电阻r3，拔插检测管脚sw/cd分别与第二电阻r2的第一端和第三电阻r3的第一端连接，第二电阻r2的第二端与电源端连接，第三电阻r3的第二端作为检测单元的输出端。拔插检测管脚sw/cd为连接器自带的管脚，平时为悬空状态，当卡托插入连接器座子后，卡托压住弹片，使得拔插检测管脚sw/cd与连接器座子的金属外壳短接并接地，此时第三电阻r3的第二端输出低电平；当卡托拔出连接器座子后，卡托松开弹片，使得拔插检测管脚sw/cd与连接器座子的金属外壳断开并悬空，此时第三电阻r3的第二端输出高电平，因此，控制器通过检测第三电阻r3的第二端的电平高低状态就能获得卡托的拔插状态。采用连接器自带的拔插检测管脚，成本低，硬件检测能够快速获得卡托拔插信号。

在本实施方式中，优选的，电荷泄放单元包括泄放电阻和开关元件，泄放电阻的第一端与连接器的sd卡电源管脚连接，泄放电阻的第二端与开关元件的第一端连接，开关元件的第二端与地连接，开关元件的控制端与cpu控制器的一个gpio控制管脚连接，泄放电阻的阻值优选但不限于为小于200ω，开关元件可为mos管。当开关元件导通时，泄放电阻接地，泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷，当开关元件断开时，泄放电阻悬空，不泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷。

在本实施方式中，优选的，如图6所示，电荷泄放单元包括第四电阻r4、第三开关管q3、第一电容c1和第一电阻r1，第四电阻r4的第一端与连接器的sd卡电源管脚连接，第四电阻r4的第二端与第三开关管q3的源极连接，第三开关管q3的漏极与地连接，第三开关管q3的栅极分别与第一电容c1的第一端和第一电阻r1的第一端连接，第一电阻r1的第二端与控制器的第一信号输出端(dcg_en)连接；第四电阻r4的阻值范围优选但不限于为50欧姆到200欧姆。通过第三开关管q3的导通或截止来实现电荷泄放电路的开启或关闭，实现第四电阻的接地或悬空，实现对连接器的sd卡电源管脚上的电荷的泄放或不泄放，便于实现快速控制，提高保护电路的执行速度。第三开关管q3为n-mosfet管。

在本实施方式中，开关单元优选但不限于为mos开关管、三极管等开关器件。cpu控制器通过一个gpio管脚与开关单元的导通控制端连接。

在本实施方式中，优选的，还包括串接于连接器的sd卡电源管脚的供电线路中的过流保护单元。优选的，开关单元与过流保护单元集成化，如图6所示，可选择带过流保护的快速开关silergy公司的sy6280。

在一种优选实施方式中，还包括用于检测连接器的sd卡电源管脚电荷泄放状态的放电检测单元，放电检测单元的输入端与连接器的sd卡电源管脚连接，放电检测单元的输出端与控制器的第二输入端连接。通过放电检测单元能够获取连接器的sd卡电源管脚的电荷泄放的实时状态，当电荷泄放完成时，能够关闭电荷泄放单元，为卡托的再次插入做准备。

在本实施方式中，优选的，如图6所示，放电检测单元包括比较器和电压阈值设置单元，连接器的sd卡电源管脚与比较器的正向输入端连接，电压阈值设置单元的输出端与比较器的负向输入端连接，比较器的使能端与检测单元的输出端连接，比较器的输出端与控制器的第二输入端连接。电压阈值设置单元优选但不限于为电阻分压网络提供的参考电压，或者为参考电压芯片，参考电压芯片的输出电压为电压阈值，该电压阈值可预设，优选的，电压阈值为系统公共地电压，或者为sd卡供电电源的0.00001到0.1倍。进一步优选的，cpu控制器可通过一个gpio管脚与比较器的输出端连接。

在本实施方式中，放电检测单元具体电路如图6所示，包括第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11和比较器，连接器的sd卡电源管脚与第十电阻r10的第一端连接，第十电阻r10的第二端分别与第十一电阻r11的第一端和比较器的正向输入端连接，第十一电阻r11的第二端与地连接。第九电阻r9的第一端与地连接，第九电阻r9的第二端分别与第八电阻r8的第一端和比较器的负向输入端连接，第八电阻r8的第二端与电源端连接，检测单元的输出端与比较器的使能端en连接，比较器的输出端通过第十二电阻r12与cpu控制器的一个gpio管脚连接。比较器优选但不限于为analogdevices公司的ad8468型比较器。

在本发明sd卡保护系统的一种应用场景中，系统电路图如图6所示，系统框图如图7所示。具体工作原理为：cpu收到卡托拔出的中断信号sd_det_n高电平信号后，cpu立即输出sd_en低电平信号，快速将开关单元关闭，使sd卡电源vdd_sd3p3供电与a点断开。cpu输出dcg_en高电平信号使q3管导通，可以将a点电荷快速泄放到地上，保证热插拔的安全。卡托拔出的中断信号sd_det_n高电平信号同时打开放电检测单元，当a点刚刚开始放电时，c点电位大于f点电位，所以cpu会收到vsd_good高电平，表示放电未完成，当a点电位放低到一定程度，c点电位小于f点电位，比较器输出的vsd_good信号翻转为低电平，告诉cpu放电已经完成，cpu会输出dcg_en低电平信号使q3管截止，关断电荷泄放单元，为下次的开启做准备。同时电源管理单元pmic会将sd卡电源vdd_sd3p3关闭。

在本应用场景中，当cpu收到卡托插入的中断信号sd_det_n低电平后，放电检测单元不会启动，cpu在同时给pmic发开启sd卡电源vdd_sd3p3的同时，送出sd_en高电平信号，使快速开关打开，给sd卡提供正常供电。同时由于e点为低电平，使q3管截止，保证泄放电路不对sd卡正常供电造成影响。cpu会根据sdio的协议来判断卡是否有效以及相关操作。

本发明还公开了一种终端设备，该终端设备上设有上述sd卡保护系统。

本发明还公开了一种基于上述sd卡保护系统进行sd卡保护的方法，在一种优选实施方式中，该方法包括：

当卡托的拔插状态为拔出时，启动放电检测单元，控制开关单元断开，开启电荷泄放单元泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷；基于放电检测单元获取连接器的sd卡电源管脚的电荷泄放状态，当sd卡电源管脚的电荷泄放完成时，关闭电荷泄放单元；控制器控制电源管理单元关闭sd卡电源；

当卡托的拔插状态为插入时，关闭放电检测单元，控制电荷泄放单元关闭，控制开关单元导通；控制器控制电源管理单元开启sd卡电源。

在本发明的一种优选实施方式中，获取连接器的sd卡电源管脚的电压，当所该电压下降到预设的电压阈值时，认为sd卡电源管脚的电荷泄放完成，当该电压高于预设的电压阈值时，认为sd卡电源管脚的电荷泄放未完成。

在本方法的一种应用场景中，方法流程图如图8所示，该方法为：开机后控制器执行如下步骤：

步骤s1，初始化sd卡，判断初始化sd卡是否成功，若成功，说明卡托已经插入同时卡托检测det信号(与连接器的拔插检测管脚sw/cd直接或间接连接的cpu的gpio管脚的信号)有效并且sd卡也有效，进入步骤s2，若不成功，进入步骤s3；det信号有效是指为信号为cpu可识别的高电平或低电平，det信号无效是指信号位于cpu可识别的高电平和低电平之间，不被cpu识别。

步骤s2，cpu保持sd_en有效，控制开关单元导通，使电源管理芯片的sd卡电源能快速通过开关单元，cpu使dsg_en无效，关闭电荷泄放单元使其不影响sd卡的正常供电，使多卡槽合一连接器的sd卡电源管脚与电源管理单元的sd卡电源输出端接通，sd卡正常供电；

监测det信号状态，若det信号有变化，记为第一次变化，说明卡托正在拔出，cpu使sd_en无效，立即控制开关单元断开；cpu使dsg_en有效，开启电荷泄放单元泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷，保证sd卡电源管脚的电压快速降到0v，cpu收到卡托拔出det信号的同时，让cmp_en有效，使放电检测单元开始工作，等到放电完成，放电检测单元输出信号跳变告知cpu放电完成，cpu关断电荷泄放单元，为下次卡托插入做准备；cpu发送命令控制电源管理单元关闭sd卡电源，从而保证消除主板和卡在拔出时的短路风险；继续监测det信号状态，若det信号状态再一次发生变化，记为第二次变化，返回步骤s1，若det信号没有变化，或者det信号状态只有第一次变化没有第二次变化，继续det信号；

步骤s3，cpu控制电源管理单元pmic关闭sd卡电源；cpu使sd_en无效，控制开关单元断开；cpu使dsg_en有效，开启电荷泄放单元工作，保证在连接器的sd卡供电管脚上无残留电压；

监测det信号是否有效，若det信号有效，说明卡托已经插入但是没有插入sd卡，继续监测det信号状态是否存在从有效变为无效之后又变回有效的过程，若存在过程，返回步骤s1，若不存在过程，继续监测det信号状态；若det信号状态无效，说明卡托没有插入，继续监测det信号是否存在变化，若存在变化，返回步骤s1，若不存在变化，继续监测det信号状态。

本发明还公开了一种用于多卡槽合一连接器的保护电路，在一种优选实施方式中，如图6所示，该保护电路包括开关单元、电荷泄放单元、检测单元、以及控制器；开关单元串接于连接器的sd卡电源管脚的供电线路中；电荷泄放单元与连接器的sd卡电源管脚连接；检测单元用于检测卡托的拔插状态；

控制器接收并根据检测单元的输出信息获取多卡槽合一连接器的卡托的拔插状态，当卡托插入时，关闭电荷泄放单元，控制开关单元导通，当卡托拔出时，控制开关单元断开，开启电荷泄放单元泄放连接器的sd卡电源管脚上的电荷。

本发明还公开了一种多卡槽合一连接器，在一种优选实施方式中，多卡槽合一连接器包括连接器座子、可拔出或插入连接器座子的卡托，卡托上设有至少一个sd卡槽和至少一个sim卡槽，至少一个sim卡槽和至少一个sd卡槽沿卡托拔出连接器座子的方向排列；连接器上还设有上述保护电路。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。