SDIO硬件设计说明

一、SDIO介绍：

‌ SDIO （Secure Digital Input and Output）‌是一种外设接口，定义在 SD标准 上，主要用于扩展设备功能。SDIO接口兼容以前的SD内存卡，并且可以连接SDIO接口的设备。SDIO协议在SD卡协议的基础上增加了 CMD52 和 CMD53 命令，支持低速和高速两种类型的SDIO卡。

SDIO的应用场景

SDIO主要有两类应用：可移动和不可移动设备。可移动设备如 Palm 和 Windows Mobile 设备，用于增加蓝牙、照相机、 GPS 和 802.11b 等功能。不可移动设备遵循相同的电气标准，但不要求符合物理标准，例如某些手机内通过SDIO连接 CPU 的802.11芯片。SDIO的应用还包括 Wi-Fi 卡、 蓝牙 模块、 GPS接收器

二、SDIO硬件接口

SDIO有SPI、1-bit、4-bit三种工作模式：

三、SDIO PCB设计：

SDMMC/SDIO的PCB设计布局布线注意事项：

1、VCC的电容需要靠近卡座引脚放置进行滤波，遵循先大后小的原则；

2、SDMMC尽量放置在板边，方便插拔，ESD器件要靠近SDMMC来放置，走线需要先经过ESD器件再进入SD卡，不要打孔穿﹔

3、所有的信号线尽量走在同一层，这样有利于信号的一致性，走线与高频信号隔开，空间准许的情况下，单根包地，空间紧张的情况下整组进行包地处理，走线需要有完整的参考平面；

其他SDMMC/SDIO的PCB布线注意事项，如表1所示：

‌走线速率和布局‌：SDIO走线速率较高，需要控制寄生电容。CMD、D0~D3走线长度应以CLK走线长度为基准，误差控制在±3mil以内。CLK走线应尽量单独包地，总长度最好控制在2000mil以内‌

信号完整性‌：SDIO走线应保证不跨平面，射频走线理想的是微带线50Ohm管控，而不是共面波导50Ohm管控。电源走线应尽量粗一些，模组PCB表面工艺应选择沉金处理‌1。

材料选择‌：选择Tg190及以上的板材，最好选择Tg200以上的板材。模组PCB表面工艺应沉金1oz，有条件可以尝试2oz，但一定不能喷锡和裸铜‌

布线规则‌：所有信号布线不得跨分割，且有完整的参考平面。走线与参考平面边缘的距离应>=12mil，线与线的间距保持>=3倍线宽。重要信号和差分信号应做包地处理，切换参考层时要增加回流地过孔以改善回流路径‌

四、SDIO上电初始化流程
上电后，SDIO默认是1-bit模式，频率为400KHz，初始化时，Host先查询卡是否支持4线制，如果支持，则通 过CMD命令将总线切换至4线制。

SDIO支持3.3V和1.8V两种电平状态，由于不管是那种电平工作状态，在上电时都默认为3.3V电平状态，所以在使用1.8V时相对3.3V会有电平切换。两种电平工作状态下的初始化具体流程如下：

A:3.3V设备具体初始化流程：

上电→ 复位→ 检查电压兼容性→初始化设备→设置工作模式→进入数据传输模式。

1. 初始上电（3.3V）主机提供3.3V电源（VDD）。时钟（CLK）初始频率设为 ≤400kHz（低速模式）。主机检测DAT3（Card Detect, CD）引脚，判断设备是否插入。

2. 发送复位命令（CMD0）主机发送 CMD0（GO_IDLE_STATE），使设备进入Idle状态。注意：CMD0必须在3.3V下发送，即使设备后续支持1.8V。

3. 检查电压兼容性（CMD8）查询设备是否支持SDIO协议及电压范围。设备返回 OCR（Operating Conditions Register），指示支持的电压（如3.3V）。

4. 初始化设备（ACMD41）协商工作电压和容量类型。

5. 配置总线宽度（ACMD6）切换至 4-bit模式（DAT0-DAT3）。默认情况下，SDIO仅使用 DAT0（1-bit模式）。

6. 进入数据传输模式主机提高时钟频率（如 25MHz 标准模式或 50MHz 高速模式）。

B:1.8V设备的初始化流程（UHS模式）

上电→ 检查电压兼容性→电压切换→ 主机切换至1.8V供电→初始化设备→ 进入数据传输模式。

1. 初始上电（3.3V）必须 先以 3.3V 供电，时钟频率 ≤400kHz。

2. 检查电压兼容性（CMD8 + ACMD41）主机发送 CMD8，设备返回支持的电压范围（如 3.3V & 1.8V）。主机发送 ACMD41，设备在OCR寄存器中设置 Bit24（1.8V支持标志）。

3. 发送电压切换命令（CMD11）请求切换至1.8V。设备返回 R1响应，确认准备切换。

4. 主机切换至1.8V供电主机调整PMIC/LDO，将VDD从 3.3V降至1.8V。关键点：切换期间，CLK必须保持 ≤400kHz。DAT[3:0] 必须保持 低电平（协议要求）。

5. 重新初始化设备主机重新发送 CMD0，确保设备进入正确状态。提高时钟频率至 UHS-I模式（如208MHz DDR）。

6. 进入高速数据传输设备以 1.8V LVCMOS电平 运行，支持更高速度（如SDR104模式）。

五、SDIO 速率

SD卡总线速度模式：

Default Speed mode: 3.3V供电模式，频率上限25MHz，速度上限 12.5MB/sec

High Speed mode: 3.3V供电模式，频率上限50MHz，速度上限 25MB/sec

SDR12： UHS-I卡， 1.8V供电模式，频率上限25MHz，速度上限 12.5MB/sec

SDR25： UHS-I卡， 1.8V供电模式，频率上限50MHz，速度上限 25MB/sec

SDR50： UHS-I卡， 1.8V供电模式，频率上限100MHz，速度上限 50MB/sec

SDR104： UHS-I卡， 1.8V供电模式，频率上限208MHz，速度上限 104MB/sec

DDR50： UHS-I卡， 1.8V供电模式，频率上限50MHz，性能上限 50MB/sec

上述sdio 频率与速度关系，可以看到sdio速率对吞吐速率有直接影响。

一般sdio3.0只适用于11ac 以下。 11ax 很难跑起来

速率计算：

HZ和bit/s是一个相同的概念。时钟周期为1HZ，则传输数据的速率为1bit/s；时钟周期为100KHZ，则传输数据的速率为100kbit/s

sdio 4线：

208MHZ=208Mbps

V=208Mbps*4 = 832Mbps = 832/8 = 104MB/s

六、其他参考

SDIO学习（1）--SDIO 2.0协议-优快云博客