設計人員需要瞭解的記憶卡連接器知識

固態記憶卡可在各種電子系統中做為模組化、非揮發性儲存解決方案，有助於擴充功能、功能集，並為使用者提供便利性。若要將這些記憶卡與主機裝置介接，需要相容的連接器，以提供可靠的機械和電氣耦合。小型裝置受到更多限制，而這些連接器必須保持一致的效能，此時實體尺寸和訊號完整性就是其關鍵設計要素。在檢視記憶卡連接器前，要先瞭解基本的記憶卡架構及其在嵌入式和消費性電子產品中的作用。

記憶卡概覽

記憶卡是一種緊湊的固態儲存裝置，可保存照片、影片、音樂、文件等數位資料。使用在 1980 年代開發的快閃記憶體；這種記憶體採用閘極浮動電晶體，無需電源即可保存資料。快閃記憶體沒有移動零件，因此可快速存取，並且具備高耐用性以及電氣抹除和重新寫入的特點。

隨著時間的推移，記憶卡已大幅進化，縮減尺寸並擴大容量。現今最常見的格式包括：

• SIM 卡 (使用者身分模組)：SIM 卡儲存使用者憑證和行動網路資料，可進行語音通話、傳送簡訊、連接行動網際網路等功能。每張 SIM 卡都包含一個國際移動使用者辨識碼 (IMSI)，透過蜂巢式網路進行身份驗證。SIM 卡的尺寸從信用卡大小的全尺寸格式 (已停產) 縮小至 mini-SIM (25 x 15 mm)、micro-SIM (15 x 12 mm)、nano-SIM (12.3 × 8.8 mm)。在行動裝置中，nano-SIM 因提供空間效率而佔有主導地位。請注意，mini-SIM 現在通常稱為 SIM 或標準 SIM。
• SD 卡 (數位安全卡)：SD 卡廣泛用於消費性電子產品中的資料儲存和傳輸。可擴充智慧型手機、數位相機、遊戲主機、平板電腦的板載記憶體。目前的變款 (SDHC、SDXC、SDUC 等) 提供更高容量和更快速度。其機械尺寸 (standardSD、miniSD、microSD) 和標準化引腳配置使其成為可移除記憶體的首選格式。
• 智慧卡：智慧卡為信用卡大小，嵌入積體電路晶片，可進行身分驗證、加密、安全識別、支付等附加功能。可透過實體接觸介接，也可以使用 RFID 或 NFC 標準進行非接觸式操作。這些卡片常用於金融、醫療保健、門禁系統；需要與主機裝置相容的讀卡機。

圖 1：記憶卡尺寸的演進。(圖片來源：Same Sky)

記憶卡連接器的插入類型

如上所述，SIM 和 SD 記憶卡都必須透過機械互連系統與主機裝置建立穩定的電氣介面。此介面必須具有一致的訊號觸點，同時在頻繁使用下或處於機械應力時，卡片也能順暢插拔。在這些要求下，現代連接器設計實作各種接合機制，針對不同使用案例和機械限制經過最佳化：

• 推入／拉出：簡單的設計－推入即可插入，拉出即可取出，沒有閂鎖或彈簧，最適合低振動或半永久安裝。
• 推-推 (自動彈出)：彈簧加載機制－推一次插入，再推一次彈出。提供觸覺回饋，非常適合在消費性裝置中頻繁使用。
• 鉸鏈式：使用鎖定護蓋固定卡片。專為汽車或工業系統等重視安全固定的高振動環境所設計。

各種類型在耐用性、空間、可用性方面都有所權衡，如何選擇取決於應用的機械和環境需求。

探索記憶卡連接器觸點

SD 卡和 SIM 卡都透過卡片表面一系列的導電墊 (稱為引腳或觸點) 與主機裝置通訊。這些引腳與連接器插槽中的配接觸點對齊形成電路，每個引腳在標準化佈局 (稱為引腳配置) 中配置其特定功能。

由安裝在主機裝置 PCB 上的指定插槽進行實體連接。連接器匹配特定的卡片格式所打造，例如 microSD 或 nano-SIM，以確保達到可靠的對位和訊號傳輸。

SD 卡觸點配置

SD 卡已發展出多種介面標準，可支援更高數據傳輸率。典型的全尺寸 SD 卡具有 9 個觸點引腳，而 microSD 版本通常有 8 個。更高速的版本 (例如 UHS-II 或 SD Express) 可能包含額外的引腳甚至第二排引腳，可處理增加的訊號頻寬。現代 SD 卡支援以下通訊協定：

• SPI (序列週邊介面)：簡單、低速的介面，常用於嵌入式或業餘愛好者的系統。
• SD 匯流排介面：從預設速度和高速到 UHS-I、UHS-II、UHS-III，逐步達到更高傳輸速率。
• PCIe/NVMe：此介面用於 SD Express 卡，支援超高速資料存取 - 非常適合專業級視訊、大型檔案傳輸和 SSD 級效能。

連接器的設計必須與卡片的引腳配置和支援的協定一致，方能確保達到完整的功能和資料完整性。

SIM 卡觸點配置

SIM 卡通常具有 6 到 8 個觸點引腳，實際數量取決於卡片的格式和應用要求。以下是 8 引腳 SIM 卡的觸點功能：

• VCC：電源供應器輸入
• GND：接地參考
• CLK：時脈訊號，用於資料同步
• I/O：雙向序列數據線
• VPP：編程電壓
• RST：訊號重置
• RFU：保留將來使用 (通常為兩個引腳，在標準應用中未使用)

6 引腳 SIM 卡省略兩個 RFU 觸點，只保留必要的線路：VCC、GND、I/O、CLK、RST、VPP。

部分 SIM 連接器包含一個或多個用於偵測卡片存在的附加引腳。這些引腳屬於連接器 (而非 SIM 卡)，在插入卡片時，會機械短路並接地。如此，能讓主機系統感測到卡片插入／移除並做出相對回應，而不會干擾訊號觸點。

圖 2：各種 SD 卡和 SIM 卡引腳配置的比較。(圖片來源：Same Sky)

智慧卡觸點配置

如上所述，智慧卡是信用卡大小的裝置，並含嵌入式處理器和記憶體 (RAM、EEPROM、ROM)。透過接觸墊或非接觸式 RF 通訊，連接到主機系統。智慧卡插槽提供安全、可移除的介面，達到可靠的資料交換並且可頻繁使用。智慧卡的觸點配置與上述的 8 引腳 SIM 卡相同。

記憶卡應用持續增加

SIM 卡可進行安全的使用者識別和網路存取，徹底改變行動裝置的連接方式。此外，SD 卡提供安全的可移除儲存進行資料傳輸和擴充，此發展亦大幅提升了裝置的能力。記憶卡應用起初專為手機和可攜式電子裝置所開發，後來擴展到各種進階技術領域，包括家庭安全、物聯網裝置、穿戴式裝置、無人機、遊戲主機等。

結論

現代記憶卡技術在各種裝置中支援高效能資料儲存和連接。如今有各種互連解決方案選擇，可納入各種 SD、SIM 、智慧卡格式，包括連接器、彈出器、擴充器、配接器。這些組件提供頂端和底部安裝選項，並具有超薄設計，非常適合緊湊及空間受限的應用。Same Sky 的互連解決方案和記憶卡連接器提供多種配置，可滿足幾乎任何設計之需求。