메모리 카드 커넥터 관련하여 모든 설계자가 숙지해야 하는 사항

솔리드 스테이트 메모리 카드는 광범위한 전자 시스템에서 모듈식 비휘발성 스토리지 솔루션으로 사용되며 확장된 기능, 기능 세트 및 사용자 편의성을 제공합니다. 이러한 메모리 카드를 호스트 장치와 인터페이스하려면 안정적인 기계적 및 전기적 결합을 제공하는 호환 커넥터가 필요합니다. 특히 물리적 설치 공간과 신호 무결성이 중요한 설계 요소로 작용하는 소형 장치에서도 일관된 성능을 유지해야 합니다. 메모리 카드 커넥터를 살펴보기 앞서 메모리 카드 아키텍처와 임베디드 및 소비자 가전 제품에서 메모리 카드의 역할에 대한 기본적인 이해를 확립하는 것이 중요합니다.

메모리 카드 개요

메모리 카드는 사진, 동영상, 음악, 문서 등의 디지털 데이터를 저장하는 콤팩트한 솔리드 스테이트 저장 장치입니다. 1980년대에 개발된 플래시 메모리는 플로팅 게이트 트랜지스터를 사용하여 전원 없이 데이터를 유지하는 방식입니다. 움직이는 부품이 없는 플래시 메모리는 빠른 액세스, 높은 내구성, 전기적으로 지우고 다시 쓸 수 있는 기능을 제공합니다.

시간이 지남에 따라 메모리 카드에도 많은 발전이 이루어져 크기는 줄어들고 용량은 커지는 추세입니다. 현재 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.

• SIM 카드(가입자 식별 모듈): SIM 카드는 사용자 자격 증명과 모바일 네트워크 데이터를 저장하여 음성 통화, SMS, 모바일 인터넷과 같은 기능을 가능하게 합니다. 각 SIM에는 셀룰러 네트워크 인증에 사용되는 IMSI(국제 모바일 가입자 식별자)가 포함되어 있습니다. SIM은 구식인 풀사이즈(신용카드 크기)에서 mini-SIM(25mm x 15mm), micro-SIM(15mm x 12mm), nano-SIM(12.3mm × 8.8mm)으로 소형화되어 왔습니다. 공간 효율성이 중요한 모바일 기기에서는 nano-SIM이 지배적이며 mini-SIM은 보통 SIM 또는 표준 SIM으로 불립니다.
• SD 카드(보안 디지털): SD 카드는 소비자 가전 제품에서 데이터 저장과 전송을 위해 널리 사용됩니다. 스마트폰, 디지털 카메라, 게임 콘솔, 태블릿 PC의 온보드 메모리를 확장하며, SDHC, SDXC, SDUC와 같은 최신 버전은 더 큰 용량과 빠른 속도를 제공합니다. 기계식 폼 팩터(standardSD, miniSD, microSD)와 표준화된 핀아웃의 장점이 있어 이동식 메모리로 가장 많이 사용되는 포맷입니다.
• 스마트 카드: 크기는 신용카드와 비슷하지만 인증, 암호화, 보안 식별 및 결제 처리와 같은 추가 기능을 위한 집적 회로 칩이 내장되어 있습니다. 물리적 접촉을 통해 인터페이스하거나 RFID 또는 NFC 표준을 사용하여 비접촉식으로 작동할 수 있습니다. 이러한 카드는 금융, 의료 및 출입 통제 시스템에서 자주 사용되며 호스트 장치에서 호환되는 리더가 필요합니다.

그림 1: 수년에 걸친 메모리 카드 크기의 변화. (이미지 출처: Same Sky)

메모리 카드 커넥터 삽입 유형

앞서 설명한 것처럼 SIM 및 SD 메모리 카드는 모두 기계적인 상호 연결 시스템을 통해 호스트 장치와 안정적인 전기 인터페이스를 구축합니다. 이 인터페이스는 잦은 사용이나 기계적 스트레스 상황에서도 원활하게 카드를 삽입했다 뺄 수 있어야 할 뿐만 아니라 일관된 신호 접촉이 이루어져야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 최신 커넥터는 다양한 사용 사례와 기계적 제약 조건에 최적화된 다양한 결합 메커니즘을 구현하도록 설계됩니다.

• 푸시인/풀아웃: 밀어서 삽입하고 당겨서 빼는 간단한 설계로, 래치나 스프링이 필요 없습니다. 진동이 적거나 반영구적 설치에 가장 적합합니다.
• 푸시-푸시(자동 꺼내기): 스프링이 장착된 메커니즘으로 한 번 밀면 삽입되고 다시 밀면 꺼낼 수 있습니다. 촉각적으로 느낄 수 있어 소비자 기기에서 자주 사용하기에 이상적입니다.
• 힌지형: 잠금 커버를 사용하여 카드를 제자리에 고정합니다. 안전하게 유지되는 것이 중요한 자동차 또는 산업 시스템과 같이 진동이 심한 환경을 위해 설계되었습니다.

각 스타일은 내구성, 공간, 사용성에서 절충점을 제공하며, 애플리케이션의 기계적 및 환경적 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다.

메모리 카드 커넥터 접점 살펴보기

SD 카드와 SIM 카드 모두 카드 표면에 있는 일련의 전도성 패드(핀 또는 접점)를 통해 호스트 장치와 통신을 설정합니다. 이러한 핀은 커넥터 소켓의 결합 접점과 정렬되어 전기 회로를 완성하며, 핀아웃이라고 하는 표준화된 레이아웃에서 각 핀에 특정 기능이 할당됩니다.

물리적 연결은 호스트 장치의 PCB에 장착된 전용 소켓에서 이루어집니다. 커넥터는 안정적인 정렬과 신호 전송을 보장하기 위해 microSD 또는 nano-SIM과 같은 특정 카드 형식에 맞게 맞춤 제작됩니다.

SD 카드 접점 구성

SD 카드는 여러 인터페이스 표준을 통해 더 높은 데이터 속도를 지원하도록 발전했습니다. 일반적인 풀 사이즈 SD 카드에는 9개의 접점 핀이 있고, microSD 버전에는 보통 8개가 있습니다. UHS-II 또는 SD Express와 같은 고속 버전에는 늘어난 신호 대역폭을 처리하기 위해 핀이 추가되거나 줄이 하나 더 늘어날 수 있습니다. 최신 SD 카드는 다음과 같은 통신 프로토콜을 지원합니다.

• SPI(직렬 주변 장치 인터페이스): 임베디드 또는 애호가용 시스템에서 일반적으로 사용되는 간단한 저속 인터페이스입니다.
• SD 버스 인터페이스: 기본 속도 및 고속에서 UHS-I, UHS-II, UHS-III에 이르기까지 각 단계마다 점진적으로 더 높은 전송 속도를 구현할 수 있습니다.
• PCIe/NVMe: SD Express 카드에 사용되는 이 인터페이스는 초고속 데이터 액세스를 지원하여 전문가급 동영상, 대용량 파일 전송 및 SSD급 성능에 이상적입니다.

커넥터 설계는 카드의 핀 구성 및 지원되는 프로토콜과 일치해야 완전한 기능과 데이터 무결성을 보장할 수 있습니다.

SIM 카드 접점 구성

SIM 카드에는 일반적으로 6 ~ 8개의 접촉 핀이 있으며, 정확한 개수는 카드의 형식과 애플리케이션 요구 사항에 따라 다릅니다. 8핀 SIM 카드의 접점 기능은 다음과 같습니다.

• VCC: 전원 공급 장치 입력
• GND: 접지 레퍼런스
• CLK: 데이터 동기화를 위한 클록 신호
• I/O: 양방향 직렬 데이터 회선
• VPP: 프로그래밍 전압
• RST: 신호 재설정
• RFU: 향후 사용을 위해 예약됨(일반적으로 두 개의 핀, 표준 애플리케이션에서는 활성화되지 않음)

6핀 SIM 카드는 2개의 RFU 접점은 빼고 필수 라인(VCC, GND, I/O, CLK, RST 및 VPP)만 유지합니다.

일부 SIM 커넥터에는 카드 유무 감지를 위한 추가 핀이 하나 이상 포함되어 있습니다. 이 핀은 SIM 카드가 아니라 커넥터의 일부이며 카드를 삽입하면 기계적으로 접지에 단락됩니다. 이를 통해 호스트 시스템은 신호 접촉을 방해하지 않고도 카드 삽입/제거 이벤트를 감지하고 그에 따라 대응할 수 있습니다.

그림 2: 다양한 SD 및 SIM 카드 핀아웃 비교. (이미지 출처: Same Sky)

스마트 카드 접점 구성

이미 언급한 바와 같이 스마트 카드는 프로세서와 메모리(RAM, EEPROM, ROM)가 내장된 신용카드 크기의 장치로, 접촉 패드 또는 비접촉식 RF 통신을 통해 호스트 시스템에 연결합니다. 스마트 카드 소켓은 안정적인 데이터 교환과 잦은 사용을 위해 안전한 탈착식 인터페이스를 제공합니다. 스마트 카드의 접점 구성은 위에서 설명한 8핀 SIM 카드의 접점 구성과 동일합니다.

메모리 카드 애플리케이션의 지속적인 성장

SIM 카드의 등장은 안전한 사용자 식별과 네트워크 액세스를 가능하게 함으로써 모바일 장치 연결에 혁신을 가져왔습니다. 마찬가지로 SD 카드의 진화는 데이터 전송 및 확장을 위한 안전한 이동식 저장 공간을 제공함으로써 장치 기능을 크게 향상시켰습니다. 원래 휴대폰과 휴대용 전자 기기용으로 개발된 메모리 카드 애플리케이션은 이후 홈 보안, IoT 기기, 웨어러블, 드론, 게임 콘솔 등 다양한 첨단 기술 분야로 확장되었습니다.

결론

최신 메모리 카드 기술은 다양한 장치에서 고성능 데이터 저장 및 연결을 지원합니다. 다양한 SD, SIM 및 스마트 카드 형식을 수용하기 위해 커넥터, 이젝터, 익스텐더, 어댑터 등 다양한 상호 연결 솔루션을 사용할 수 있습니다. 이러한 부품은 상단 및 하단 장착 옵션과 초저 프로파일 설계로 제공되므로 공간이 제한된 소형 애플리케이션에 이상적입니다. Same Sky의 상호 연결 솔루션과 메모리 카드 커넥터는 거의 모든 설계 요구 사항을 충족할 수 있도록 다양한 구성으로 제공됩니다.