بطاقات الذاكرة الصلبة، كحلول تخزين وحداتية وغير متقلبة، تستخدم على نطاق واسع في أنظمة إلكترونية مختلفة، مما يجلب وظائف موسعة، ميزات غنية،وتعزيز ملاءمة المستخدم لهذه الأنظمةمن أجل توصيل بطاقات التخزين هذه بالجهاز المضيف ، هناك حاجة إلى موصلات متوافقة لضمان اتصالات ميكانيكية وكهربائية موثوقة.يجب على هذه الموصلات الحفاظ على أداء ثابت تحت القيود المضغوطة بشكل متزايد من الأجهزةحيث تكون البصمة المادية و سلامة الإشارة عوامل مهمة للتصميم قبل فحص رابط بطاقة التخزينمن الضروري أولاً إنشاء فهم أساسي لبنية بطاقة التخزين ودورها في الأجهزة الإلكترونية المدمجة والأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.
لمحة عامة عن بطاقات التخزين
بطاقة الذاكرة هي جهاز تخزين صلب صغير يستخدم لتخزين البيانات الرقمية مثل الصور ومقاطع الفيديو والموسيقى والوثائق. وهي تستند إلى رقائق ذاكرة فلاش ،نوع من رقاقة التخزين التي تم تطويرها في الثمانينيات التي تستخدم ترانزستورات البوابة العائمة للحفاظ على البيانات حتى بعد انقطاع الطاقةبسبب غياب أجزاء متحركة، الذاكرة الفلاش لديها الوصول السريع، والمتانة العالية، والقدرة على محوها الكهربائية وإعادة كتابتها.
مع مرور الوقت ، خضعت بطاقات التخزين لتطور كبير ، مع اتجاه تطورها يركز بشكل رئيسي على تقليل الحجم وزيادة سعة التخزين.الشكلات الأكثر شيوعًا في الوقت الحاضر هي:
بطاقة SIM (وحدة هوية المستخدم): تخزن بطاقة SIM بيانات اعتماد المستخدم وبيانات شبكة الهاتف المحمول ، وتدعم المكالمات الصوتية والرسائل القصيرة والإنترنت المحمول ووظائف أخرى.تحتوي كل بطاقة سيم على IMSI (هوية الهاتف المحمول الدولي) المستخدمة للتوثيق مع الشبكات الخلويةتم تقليص بطاقات SIM من الشكل القديم الكامل (حجم بطاقة الائتمان) إلى بطاقات SIM صغيرة (25 × 15 مم) ، و micro SIM (15 × 12 مم) ، و nano SIM (12.3 × 8.8 مم).بطاقة النانو سيم لديها نسبة استخدام مساحة عالية وتحتل مكانة رئيسيةتجدر الإشارة إلى أن بطاقات SIM الصغيرة تُشار إليها الآن باسم بطاقات SIM أو بطاقات SIM قياسية.
بطاقة SD (بطاقة رقمية آمنة): تستخدم بطاقات SD على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية لتخزين البيانات ونقلها. فهي توسع مساحة التخزين الداخلية للهواتف الذكية والكاميرات الرقمية ،أجهزة التحكم في الألعابأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وأجهزة الكمبيوتر اللوحية. يمكن أن توفر تنسيقات بطاقات التخزين الحالية مثل SDHC و SDMC و SDUC سعة تخزين أعلى وسرعات نقل أسرع.و microSD) وتخطيط دبوس موحد تجعله الشكل المفضل لوسائط التخزين القابلة للإزالة.
البطاقة الذكية: حجم البطاقة الذكية يشبه بطاقة الائتمان، ولكنها تحتوي على رقاقة دائرة متكاملة تمكن من وظائف إضافية مثل التحقق من الهوية، والتشفير،التعرف الآمن، ومعالجة الدفع. يمكنهم التفاعل من خلال الاتصال الجسدي أو استخدام معايير RFID أو NFC للعمل بدون اتصال. تستخدم هذه البطاقات عادة في مجالات المالية والطبية ،وأنظمة التحكم في الوصول وتتطلب قارئ بطاقات متوافق في الجهاز الرئيسي.
تطور سعة بطاقة الذاكرة مع مرور الوقت الصورة
الشكل 1: تطور سعة بطاقات التخزين بمرور الوقت (مصدر الصورة: Same Sky)
نوع إدراج مرفق بطاقة التخزين
كما ذكر أعلاه، تعتمد كل من بطاقات SIM وبطاقات ذاكرة SD على نظام اتصال ميكانيكي لإنشاء واجهة كهربائية مستقرة مع الجهاز المضيف.يجب أن تضمن هذه الواجهة استقرار اتصال الإشارة ودعم إدخال سلس وإزالة البطاقات، حتى في ظل الاستخدام المتكرر أو الإجهاد الميكانيكي.تصاميم الموصلات الحديثة تتبنى آليات تحسين مختلفة للتكيف مع سيناريوهات التطبيق المختلفة والقيود الميكانيكية:
دفع / سحب: تصميم بسيط - إدخال عند الدفع ، سحب عند السحب. لا يوجد قفل أو ربيع قفل. مناسب لتركيب هزات منخفضة أو شبه دائمة.
الضغط لإدخال / طرد (طرد تلقائي): آلية الربيع - إدخال مرة واحدة ، طرد مرة أخرى. توفير ردود فعل لمسة ، مناسبة لسيناريوهات الاستخدام عالية التردد في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.
المفصلة: يتم تأمين البطاقة في مكانها باستخدام غطاء قفل. مصممة خصيصًا للبيئات عالية الاهتزاز ، مثل السيارات أو الأنظمة الصناعية ، حيث يكون التثبيت الأمني أمرًا حاسمًا.
كل تصميم له مزاياه وعيوبه من حيث المتانة واستخدام المساحة وسهولة الاستخداموالخيار النهائي يعتمد على المتطلبات الميكانيكية والبيئية للتطبيق.
فهم جهات اتصال بطاقة الذاكرة
كل من بطاقات SD وبطاقات SIM تقوم بإنشاء اتصالات اتصال مع الجهاز المضيف من خلال الأقواس الموصلة (أي الدبابيس أو الاتصالات) على سطح البطاقة.يتم محاذاة هذه الدبابيس مع الاتصالات المقابلة في مصدر المرفق لاستكمال اتصال الدائرةيتم تعيين كل دبوس وظيفة محددة في تخطيط قياسي (المعروف باسم ترتيب الدبوس).
يتم تحقيق الاتصال المادي من خلال منفذ مخصص مثبت على لوحة PCB الأساسية للجهاز. تم تصميم المرفق خصيصًا لاستيعاب تنسيقات بطاقات محددة ، مثل microSD أو nano SIM ،لضمان محاذاة موثوقة ونقل الإشارة.
تكوين اتصال بطاقة SD
تدعم بطاقة SD معدلات نقل بيانات أعلى من خلال معايير واجهة متعددة. بطاقة SD قياسية بحجم كامل تأتي عادة مع 9 دبوس اتصال ، في حين أن إصدار microSD عادة ما يكون 8.أشكال سرعة أعلى، مثل UHS-II أو SD Express ، قد تتضمن دبوسًا إضافية أو حتى صفًا ثانيًا من الدبوس للتعامل مع عرض النطاق الترددي الأعلى للإشارة. تدعم بطاقات SD الحديثة بروتوكولات الاتصال التالية:
SPI (Serial Peripheral Interface): واجهة بسيطة منخفضة السرعة تستخدم عادة في الأنظمة المدمجة أو أنظمة الهواة.
واجهة حافلة SD: من السرعة الافتراضية والسرعة العالية إلى UHS-I و UHS-II و UHS-III ، يدعم كل مستوى معدلات نقل أعلى.
PCIe/NVMe: تستخدم هذه الواجهة على نطاق واسع في بطاقات ذاكرة SD Express ، وتدعم الوصول إلى البيانات فائقة السرعة ، وهي مناسبة لمعالجة الفيديو على المستوى المهني ، ونقل الملفات الكبيرة ،ومتطلبات الأداء على مستوى SSD.
يجب أن يكون تصميم المرفق متوافقًا مع تكوين الدبوس والبروتوكولات المدعومة للبطاقة لضمان سلامة الوظائف والبيانات.
تكوين اتصال بطاقة SIM
بطاقات سيم عادة ما تكون مجهزة بـ 6 إلى 8 دبوس اتصال ، اعتمادًا على تنسيق البطاقة ومتطلبات التطبيق. فيما يلي وظائف اتصال بطاقة SIM ذات 8 دبوس:
VCC: مدخل الطاقة
GND: إشارة أرضية
إشارة الساعة المستخدمة لمزامنة البيانات
I/O: كابل بيانات متسلسل ثنائي الاتجاه
VPP: فولتاج البرمجة
RST: إعادة تعيين الإشارة
RFU: محجوز للاستخدام في المستقبل (عادة ما يكون اثنين من الدبابيس ، غير فعال في التطبيقات القياسية)
بطاقة SIM ذات 6 أزرار تغفل اتصالات RFU اثنين وتحتفظ فقط بالأزرار اللازمة: VCC و GND و I / O و CLK و RST و VPP.
قد تتضمن بعض موصلات بطاقة SIM دبوسًا إضافيًا واحدًا أو أكثر للكشف عن إدراج بطاقة SIM. هذه الدبوسات هي جزء من المرفق ، وليس بطاقة SIM نفسها. عند إدراج بطاقة SIM ،هذه الدبابيس سوف تكون ميكانيكياً مقطع قصير إلى الأرضأنها تمكن النظام المضيف للكشف عن إدخال / إزالة البطاقة الأحداث والاستجابة وفقًا لذلك دون التدخل في اتصال الإشارة.