Comment concevoir des circuits d’alimentation de microSD sans perturber la tension d’alimentation de la carte

Les concepteurs de circuits imprimés ont souvent la tâche difficile d’équilibrer la qualité avec des coûts de fabrication aussi bas que possible. Dans les cas de conceptions de supports de stockage, comme les cartes microSD, le fait de négliger des choses simples comme l’« insertion à chaud » ou le « courant d’appel » peut résulter en un prototype imparfait et coûteux.

J'ai pour principe de toujours vouloir simplifier mes conceptions de circuits imprimés. Je n’hésite jamais à éliminer tous les composants qui me semblent superficiels dans ma conception. Malheureusement, j’ai appris à mes dépens que le fait de trop simplifier pouvait parfois rendre les choses plus compliquées. Cela a été le cas il y a dix ans alors que je travaillais sur un projet qui impliquait une interface SD. À l’époque, je ne connaissais pas bien ce nouveau composant et il n'y avait pratiquement aucun document de référence technique.

Ne négligez pas le courant d’appel

Au premier abord, le brochage d’une carte microSD ou SD est tout sauf compliqué. Un ingénieur muni d’une expérience minimale n’aurait aucun problème à savoir quelle broche fait quoi. Une carte microSD typique consomme jusqu’à 100mA à 3,3 V, donc évidemment rien n’aurait dû aller de travers lorsque je l’ai connectée à une alimentation de 3,3 V. Du moins, c’est ce que je pensais avant d’avoir ré-inséré la carte SD dans mon prototype qui fonctionnait parfaitement. Et comme beaucoup d’ingénieurs qui m’ont précédé, j’avais négligé un concept important lorsque l’on conçoit la carte d’une interface SD. Je n’avais pas tenu compte du courant d’appel. Et donc mon microcontrôleur se réinitialisait chaque fois qu’on y insérait une carte SD.

J’en ai donc tiré une leçon qui est toujours valable de nos jours. Les cartes SD partagent des caractéristiques électriques similaires avec les cartes microSD plus petites. Cela signifie que si vous refaites l’erreur que j’ai faite il y a 10 ans, vous aurez aujourd’hui le même problème de conception de circuit imprimé.

Les condensateurs à la rescousse !

Le condensateur de découplage : un remède rapide lorsque votre prototype est fabriqué.

Mais alors, que faire lorsque vous avez fait cette erreur sur un circuit destiné à recevoir une carte microSD ? La plupart des connecteurs microSD sont dotés d’une broche de détection de carte que le microcontrôleur peut utiliser pour détecter la présence d’une carte microSD. Le système ne devrait mettre le connecteur sous tension que lorsque la carte microSD est insérée correctement et le mettre hors tension dès que la carte microSD est supprimée. Une solution rapide à votre problème consiste à ajouter un condensateur de découplage près de la broche d’alimentation de la carte microSD. Vous aurez la stabilité supplémentaire dont le circuit a besoin. J’ai constaté que cette solution résolvait efficacement le problème du courant d’appel créé lors de l’insertion de la carte microSD.

S’il est vrai que le soudage manuel d’un condensateur sur un circuit imprimé fini n’est pas une solution élégante, c’est la seule chose que vous pouvez faire quand vous êtes pressé d’avoir un prototype qui fonctionne. Dans ce cas, le choix du condensateur est de la plus grande importance. Il doit en effet pouvoir stocker suffisamment de charge pour atténuer l’appel de courant et empêcher toute perturbation de la tension d’alimentation.

Idéalement, la valeur d’un condensateur de découplage doit dépasser la capacité de charge totale et la capacité entre les valeurs Vdd et Vss de la carte microSD. Dans la plupart des cas, une valeur au-dessus de 45uF sera suffisante. L’astuce consiste à placer le condensateur aussi proche que possible de la carte microSD. Parfois, vous ne pouvez pas le faire sur vos prototypes de circuits imprimés et donc, vous devez les modifier.

La question est de savoir si l’on peut s’en tenir à cette solution simple qui utilise un seul condensateur, ou s’il faut opter pour une approche plus élégante. Mes expériences passées avec les supports de mémoire m’ont montré que les caractéristiques électriques des cartes microSD peuvent varier selon la marque, et donc je recommande de ne prendre aucun risque dans vos conceptions futures.

Soyez malin et utilisez un MOSFET dès le départ

Une solution élégante dans la phase de conception

À part le découplage de condensateur, la meilleure façon d’empêcher toute perturbation de la tension d’alimentation interne d’une carte microSD est de limiter l’appel de courant à l’aide d’un interrupteur électronique. Pour être plus précis, vous devez utiliser un MOSFET FDN340P pour contrôler l’alimentation de la carte microSD. C’est l’électronique qui gère efficacement l’alimentation de la carte microSD.

Un MOSFET permet d’éviter les problèmes habituels de courant d’appel en limitant l’accroissement de tension généré. Vous pouvez choisir un MOSFET avec une vitesse de montée de tension acceptable pour votre application. Cette vitesse de montée empêchera la tension de fluctuer trop rapidement. Cela limitera également le courant d’appel maximal en aval. Ces deux facteurs contribueront au bon fonctionnement de votre carte microSD.

C’est à vous de choisir entre la solution facile du condensateur de découplage et la mise en œuvre d’un MOSFET qui permet de gérer le courant d’appel. Mais si vous faites les mêmes erreurs que moi sur mon ancienne conception, vous pouvez les réparer maintenant facilement en utilisant CircuitStudio.

Vous avez d’autres questions concernant les condensateurs à découplage ? Contactez un expert d’Altium.