硬件电路设计之eMMC电路设计

1 简介

eMMC(Embedded Multi Media Card)是嵌入式多媒体卡的简称，主要是针对智能手机和平板电脑特点等设计的。它的实质是在NAND Flash的基础上增加了一个控制器，并预留了一个标准接口。

2 eMMC尺寸及封装介绍

尺寸介绍

针对eMMC的封装，根据PIN脚可以分为153ball和 169ball ，但是这两种的引脚是兼容的，只是后者多了16个空脚，用于芯片的固定，没有任何信号定义。芯片封装万科的尺寸有：

• 11.5*13
• 12*16
• 14*18
• 16*20

实物图片见下：

封装介绍

eMMC的封装通常有两种形态，分别153ball和 196ball， 196ball应用较少，这里主要说明153ball的相关信息：

封装见下：

尺寸信息

3 工作原理

eMMC主要可以分为两个部分：Flash和 Contrller 。eMMC的实质是集成了存储控制器的Nand Flash。详见下图：

Flash

eMMC常采用非易失性存储器，掉电后数据不丢失的Nand Flash。

Contrller

各个区域的功能见下：

区域	名称
BOOT Area Partition 1 & 2	此分区主要是为了支持从 eMMC 启动系统而设计的。该分区的数据，在eMMC上电后，可以通过很简单的协议就可以读取出来。同时，大部分的 SOC 都可以通过GPIO或者 FUSE 的配置，让ROM代码在上电后，将eMMC BOOT 分区的内容加载到SOC 内部的 SRAM 中执行。
RPMB Partition	RPMB是Replay Protected Memory Block 的简称，它通过 HMAC SHA-256和Write Counter来保证保存在 RPMB 内部的数据不被非法篡改。在实际应用中，RPMB 分区通常用来保存安全相关的数据，例如指纹数据、安全支付相关的密钥等。
General Purpose Partition 1～4	此区域则主要用于存储系统或者用户数据。General Purpose Partition 在芯片出厂时，通常是不存在的，需要主动进行配置后，才会存在。
User Data Area	此区域则主要用于存储系统和用户数据。User Data Area 通常会进行再分区，例如 Android 系统中，通常在此区域分出 boot、system、userdata 等分区

4 引脚说明

电源引脚

序号	名称	意义
1	VCCQ电压	该电压由CPU的数据总线的VCCIO决定（eMMC总线VCCIO值必须与VCCQ保持一致）
2	VCC电压	该电压为核心电压；
3	VDDIM	内部与内核供电端相连，主要功能是稳定内核电压，该PIN脚直接连接一个对地的1μF电容。

控制信号引脚

序号	名称	意义
1	CLK	从Host输出的时钟信号，用于数据的同步。
2	CMD	主要用于Host向eMMC发送指令以及eMMC向Host发送请求。
3	DS时钟	DS时钟由eMMC发送给Host，用于Host与eMMC进行数据接收同步。只有在HS400模式下，才需要使用DS引脚。

注意 ：HS200模式下，需要使用CLK、CMD、D[3...0]；HS400模式下，需要使用CLK、CMD、D[7...0]、DS。

数据信号引脚

D[7...0]：Dx信号主要用于 Host 和 eMMC 之间的数据传输。在 eMMC 上电或者软复位后，只有 DAT0 可以进行数据传输，完成初始化后，可配置 4bit 或者8bit进行数据传输。

5 eMMC电路设计实战

电源部分

eMMC供电采用3.3V和1.8V电源，注意电容应该靠近IC引脚放置。注意去耦电容大小，详见附件。

数据通信部分

该部分需要需要添加上拉电阻，不同厂家的芯片应该注意上拉电阻的阻值，详见附件。

NC部分

该部分的引脚无实际功能，在进行PCB走线时可压PIN走线。

附件

上拉电阻和去耦电容的大小，一般由详细说明，具体见下：

6 PCB布局建议

信号CLK、CMD、DQ和DS均做阻抗50Ω±10%匹配管控。

信号CLK、CMD、DQ和DS约束为同组信号，长度差控制在±50mil范围内。

所有信号线走线长度约束在2000mil以内，且注意使用IBIS模型进行仿真评估阻抗匹配和反射情况。

信号线有完整的参考层。

内部走不出来的信号可以从NC PAD走，不能从RFU PAD上走线。

CLK和RST_N长度差在1000mil以内。