所有设计人员都需要了解的存储卡连接器

固态存储卡作为模块化、非易失性存储解决方案，被广泛应用于各类电子系统，为这些系统带来了扩展的功能、丰富的特性以及更高的用户便利性。为了将这些存储卡与主机设备连接，需要使用兼容的连接器来确保可靠的机械和电气连接。这些连接器必须在设备日益紧凑的限制条件下保持一致的性能，其中物理占用空间和信号完整性是关键的设计因素。在检查存储卡连接器之前，首先需要建立对存储卡架构及其在嵌入式和消费电子设备中的作用有了一个基本了解。

存储卡概览

存储卡是一种小型固态存储设备，用于存储数字数据，如照片、视频、音乐和文档。它们基于闪存颗粒，一种在 20 世纪 80 年代开发的存储芯片，使用浮栅晶体管，在断电后仍能保留数据。由于没有活动部件，闪存具有快速访问、高耐用性和可通过电擦除和重写的能力。

随着时间的推移，存储卡经历了巨大的演变，其发展趋势主要集中在体积缩小和存储容量提升方面。如今最常用的格式有：

• SIM 卡（用户身份模块）：SIM 卡存储用户凭证和移动网络数据，支持语音通话、短信和移动互联网等功能。每个 SIM 卡都包含一个 IMSI（国际移动用户识别码），用于与蜂窝网络进行身份验证。SIM 卡已从过时的全尺寸格式（信用卡大小）缩小至 mini-SIM (25 x 15 mm)、micro-SIM (15 x 12 mm) 和 nano-SIM (12.3 × 8.8 mm)。在移动设备中，nano-SIM 卡因其空间利用率高而占据主流地位。值得注意的是，mini-SIM 卡现已普遍被称为 SIM 卡或标准 SIM 卡。
• SD卡（安全数字卡）：SD 卡在消费电子产品中广泛用于数据存储和传输。它们扩展了智能手机、数码相机、游戏主机和平板电脑的内部存储空间。像 SDHC、SDXC 和 SDUC 这样的当前存储卡格式能够提供更高的存储容量和更快的传输速度。其物理外形（标准 SD、miniSD 和 microSD）以及标准化的引脚布局，使其成为可移除存储介质的首选形式。
• 智能卡：智能卡的大小与信用卡相似，但内置集成电路芯片，可实现身份验证、加密、安全识别和支付处理等附加功能。它们可以通过物理接触进行交互，或采用 RFID 或 NFC 标准实现非接触式操作。这些卡片常用于金融、医疗和门禁控制系统，需要在主设备中配备兼容的读卡器。

图 1：存储卡容量随时间的演变。（图片来源：Same Sky）

存储卡连接器的插入类型

如前所述，SIM 卡和 SD 存储卡均依赖于机械互连系统与主设备建立稳定的电气接口。该接口必须确保信号连接的稳定性，同时支持卡片的顺畅插入与拔出，即使在频繁使用或受到机械应力作用的情况下亦是如此。为满足这些要求，现代连接器设计采用了多种优化机制，以适应不同的应用场景和机械限制：

• 推入/拉出：设计简洁——推入即插入，拉出即拔出。无锁扣或弹簧。适用于低振动或半永久性安装。
• 按压插入/弹出（自动弹出）：弹簧机构——按一次插入，再按一次弹出。提供触觉反馈，适用于消费类电子设备中的高频使用场景。
• 铰链式：采用锁扣盖将卡固定到位。专为高振动环境设计，如汽车或工业系统，其中安全固定至关重要。

每种设计在耐用性、空间利用率和易用性方面各有优缺点，最终选择取决于应用的机械和环境需求。

了解存储卡连接器触头

SD 卡和 SIM 卡均通过卡面上的导电垫（即引脚或触头）与主设备建立通信连接。这些引脚与连接器插座中的对应触头对齐，可完成电路连接。每个引脚在标准布局（称为引脚排列）中均分配以特定功能。

物理连接通过主设备 PCB 上安装的专用插座实现。连接器经过专门设计，以适应特定的卡格式，例如 microSD 或 nano-SIM，以确保可靠的对齐和信号传输。

SD 卡触头配置

SD 卡通过多种接口标准实现了对更高数据传输速率的支持。标准全尺寸的 SD 卡通常配备 9 个接触引脚，而 microSD 版本则通常为 8个。更高速度的变体，如 UHS-II 或 SD Express，可能包含额外的引脚或甚至第二排引脚，以处理更高的信号带宽。现代 SD 卡支持以下通信协议：

• SPI（串行外设接口）：一种简单、低速的接口，常用于嵌入式系统或业余爱好者系统。
• SD 总线接口：从默认速度和高速到 UHS-I、UHS-II 和 UHS-III，每个级别都支持更高的传输速率。
• PCIe/NVMe：该接口广泛应用于 SD Express 存储卡，支持超高速数据访问，适用于专业级视频处理、大文件传输及 SSD 级性能需求。

连接器设计必须与卡的引脚配置和支持的协议兼容，以确保功能完整性和数据完整性。

SIM 卡触头配置

SIM 卡通常配备 6 至 8 个接触引脚，具体数量取决于卡的格式和应用需求。以下是 8 针 SIM 卡的联系功能：

• VCC：电源输入
• GND：接地参考
• CLK：时钟信号，用于数据同步。
• I/O：双向串行数据线
• VPP：编程电压
• RST：信号复位
• RFU：保留用于未来用途（通常为两个引脚，在标准应用中闲置）

6 针 SIM 卡省略了两个 RFU 触头，仅保留了必要的引脚：VCC、GND、I/O、CLK、RST 和 VPP。

某些 SIM 卡连接器会包含一个或多个额外的引脚，用于检测 SIM 卡是否插入。这些引脚是连接器的一部分，而非 SIM 卡本身。当插入 SIM 卡时，这些引脚会通过机械方式与地短接。它们能够让主机系统检测到卡片插入/拔出事件并做出相应响应，同时不干扰信号接触。

图 2：各种 SD 卡和 SIM 卡引脚布局对比。（图片来源：Same Sky）

智能卡触头配置

如前所述，智能卡是一种信用卡大小的设备，内置处理器和存储器（RAM、EEPROM、ROM）。它们通过接触垫或非接触式射频通信方式与主机系统连接。智能卡插槽提供了一个安全、可拆卸的接口，用于可靠的数据交换和频繁使用。智能卡的触头配置与上面讨论的 8 引脚 SIM 卡相同。

存储卡应用范围持续扩大

SIM 卡的问世彻底改变了移动设备连接方式，通过实现用户身份验证和网络访问的安全性，为移动通信带来了革命性改变。同样，SD 卡的演变通过提供安全、可移除的存储解决方案，大大提升了设备在数据传输和存储扩展方面的能力。最初为移动电话和便携式电子设备开发的存储卡技术，如今已广泛应用于多种先进技术领域，包括家用安全系统、物联网设备、可穿戴设备、无人机、游戏主机等。

结语

现代存储卡技术支持跨越多种设备进行高性能数据存储和连接。为了兼容各种 SD、SIM 和智能卡格式，我们提供了一系列丰富的互联解决方案，包括连接器、弹出器、扩展器和适配器。这些组件提供顶部安装和底部安装选择，以及超低的外形设计，因此非常适合紧凑和空间受限的应用场景。Same Sky 的互连解决方案和存储卡连接器提供多种配置选择，可满足几乎所有的设计需求。