Come Progettare Circuiti di Alimentazione per MicroSD senza Destabilizzare il Voltaggio della Scheda

Ai progettisti di PCB spetta il duro compito di bilanciare la perfezione del progetto mantenendo i costi contenuti. Se state lavorando ad un progetto con dei supporti di archiviazione, come le schede MicroSD, ma non conoscete termini come “hot swapping” o “inrush current” , sarà difficile per voi creare un prototipo funzionante ed economico.

La mia filosofia è quella di semplificare sempre i miei progetti hardware. Non appena mi rendo conto che un componente è superficiale, lo scarto. Sfortunatamente, ho anche imparato che mantenere le cose semplici a volte può rendere le cose più complicate. Questo è stato il caso di dieci anni fa, quando stavo lavorando ad un progetto di un componente poco noto e con poche risorse tecniche che prevedeva un'interfaccia di alimentazione per schede SD.

Non ignorate il picco di corrente

A prima vista, le piedinature delle schede microSD o SD sembrano abbastanza semplici. Un ingegnere con un minimo di esperienza non dovrebbe avere alcun problema a capire quale pin fa cosa. Una tipica microSD consuma fino a 100mA a 3.3V, quindi è ovvio pensare che nulla dovrebbe andare storto se viene collegata ad un'alimentazione a 3.3V. Perlomeno questo è quello che pensavo fino a quando non ho reinserito la scheda SD nel mio prototipo funzionante. Sia io che molti ingegneri prima di me,abbiamo trascurato un concetto importante nella progettazione di circuiti per un'interfaccia SD. Non abbiamo preso in considerazione il picco di corrente (in-rush current). Il risultato è stato che il nostro microcontrollore si resettava ogni volta che vi si inseriva una scheda SD.

Avevo comunque imparato una lezione che è ancora valida fino ai giorni nostri. Le schede SD presentano caratteristiche elettriche simili con la loro controparte più piccola, le microSD. Ciò significa che rifare il mio errore di 10 anni fa comporterà lo stesso problema per voi oggi.

^{Condensatori in Soccorso!}

Condensatore di disaccoppiamento: Una soluzione immediata dopo la costruzione del prototipo.

Quindi, cosa potete fare dopo aver commesso questo errore su una scheda che utilizza microSD? La maggior parte dei connettori microSD sono dotati di un pin di rilevamento della scheda che il microcontrollore può utilizzare per rilevare la presenza di una scheda microSD. Il sistema dovrebbe alimentare il connettore solo quando la microSD è inserita correttamente e non alimentare quando la microSD viene rimossa. Una rapida soluzione al problema è l'aggiunta di un condensatore di disaccoppiamento vicino al pin di alimentazione del lettore di schede microSD. Questo fornirà la maggiore stabilità di cui il circuito ha bisogno. Ritengo questa sia una soluzione efficace, per risolvere il problema dei picchi di corrente all'inserimento di microSD.

È vero che saldare a mano un condensatore su una PCB finita non è una soluzione molto elegante, ma è l'unica cosa che si può fare quando si sta cercando di far funzionare il tutto. In questo caso la cosa più importante da considerare è la scelta di un condensatore in grado di immagazzinare una carica sufficiente ad attenuare i picchi di corrente, ed evitare che la tensione di alimentazione si destabilizzi.

Il valore migliore per un condensatore di disaccoppiamento dovrebbe superare la capacità di carico totale e la capacità tra Vdd e Vss della scheda microSD. Nella maggior parte dei casi, qualsiasi valore superiore a 45uF sarà sufficiente. Il trucco è quello di posizionarlo il più vicino possibile alla microSD. A volte però, è praticamente impossibile farlo direttamente sui prototipi già stampati, quindi  sarà necessario modificare il progetto della scheda.

La questione è se attenersi a questa semplice soluzione che si basa su un singolo condensatore, o se adottare un approccio più raffinato. Le mie esperienze passate con i supporti di memoria, hanno dimostrato che le caratteristiche elettriche delle schede microSD possono variare a seconda della marca, e quindi, per i progetti futuri, consiglio di non correre rischi inutili.

^{Siate furbi e scegliete un MOSFET da subito.}

Una soluzione più elegante per la fase di progettazione

A prescindere dai condensatori di disaccoppiamento, il modo migliore per prevenire la destabilizzazione della tensione interna dovuta alla scheda microSD è attraverso uno switch elettronico che limita i picchi di corrente. In particolare, è necessario utilizzare un MOSFET FDN340P per regolare l'alimentazione della microSD. Questo è il caso in cui l'elettronica e la logica del firmware vanno di pari passo per gestire la potenza microSD in modo efficiente.

Un MOSFET può aiutarvi ad evitare problemi di picchi di corrente, limitando il tasso di aumento della tensione. Potete scegliere un qualsiasi MOSFET con una velocità di variazione della tensione che rientra nel vostro caso specifico. Questo tasso di variazione della tensione eviterà che la tensione si modifichi troppo rapidamente. Limiterà anche i picchi di corrente a monte. Così facendo la microSD continuerà a funzionare correttamente.

È una vostra scelta decidere se utilizzare dei condensatori di disaccoppiamento o di limitare i picchi di corrente delle microSD con un MOSFET. Se avete fatto il mio stesso errore del passato, oggi potete risolverlo velocemente usando CircuitStudio®.

Avete delle domande sui condensatori di disaccoppiamento? Rivolgetevi ad un esperto di Altium.