Todo lo que los diseñadores deben saber sobre los conectores de tarjetas de memoria

Las tarjetas de memoria de estado sólido sirven como soluciones de almacenamiento modulares y no volátiles en una amplia variedad de sistemas electrónicos, lo que facilita una mayor funcionalidad, más prestaciones y comodidad para el usuario. Para conectar estas tarjetas de memoria con dispositivos host, se necesitan conectores compatibles que proporcionen un acoplamiento mecánico y eléctrico fiable. Estos conectores deben mantener un rendimiento constante bajo las restricciones de dispositivos cada vez más compactos, donde el espacio físico y la integridad de la señal son factores críticos de diseño. Antes de examinar los conectores de tarjetas de memoria, es importante establecer primero una comprensión básica de las arquitecturas de las tarjetas de memoria y su función dentro de los dispositivos electrónicos integrados y de consumo.

Descripción general de las tarjetas de memoria

Las tarjetas de memoria son dispositivos de almacenamiento compactos y de estado sólido que almacenan datos digitales como fotos, vídeos, música y documentos. Se basan en la memoria flash, desarrollada en la década de 1980, que utiliza transistores de puerta flotante para retener datos sin necesidad de alimentación eléctrica. Al no tener piezas móviles, la memoria flash ofrece un acceso rápido, una gran durabilidad y la posibilidad de borrarse y reescribirse eléctricamente.

Con el paso del tiempo, las tarjetas de memoria han evolucionado significativamente, con tendencias que se centran en la reducción del tamaño y la ampliación de la capacidad. Los formatos más comunes en la actualidad incluyen:

• Tarjetas SIM (módulo de identidad del suscriptor): Las tarjetas SIM almacenan las credenciales del usuario y los datos de la red móvil, lo que permite funciones como llamadas de voz, SMS e Internet móvil. Cada SIM contiene un IMSI (Identidad Internacional de Suscriptor Móvil) que se utiliza para autenticarse en las redes celulares. Las tarjetas SIM han pasado del formato completo obsoleto (del tamaño de una tarjeta de crédito) al mini-SIM (25 x 15 mm), el micro-SIM (15 x 12 mm) y el nano-SIM (12.3 × 8.8 mm). En los dispositivos móviles, la nano-SIM predomina debido a su eficiencia en cuanto al espacio. También es importante señalar que la mini-SIM ahora se conoce comúnmente como SIM o SIM estándar.
• Tarjetas SD (Secure Digital): Las tarjetas SD se utilizan ampliamente tanto para el almacenamiento como para la transferencia de datos en dispositivos electrónicos de consumo. Amplían la memoria interna de los teléfonos inteligentes, cámaras digitales, consolas de videojuegos y tabletas. Las variantes actuales, como SDHC, SDXC y SDUC, ofrecen mayor capacidad y velocidades más rápidas. Sus factores de forma mecánicos (standardSD, miniSD y microSD) y sus patillajes estandarizados los convierten en el formato ideal para la memoria extraíble.
• Tarjetas inteligentes: Las tarjetas inteligentes son similares a las tarjetas de crédito en tamaño, pero incorporan un chip de circuito integrado que les aporta funcionalidades como autenticación, cifrado, identificación segura y procesamiento de pagos. Pueden interactuar a través de contactos físicos o funcionar sin contacto utilizando los estándares RFID o NFC. Estas tarjetas se utilizan a menudo en sistemas financieros, sanitarios y de control de acceso, y requieren lectores compatibles en los dispositivos host.

Figura 1: Evolución del tamaño de las tarjetas de memoria a lo largo de los años. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Tipos de inserción para conectores de tarjetas de memoria

Como se ha señalado anteriormente, tanto las tarjetas SIM como las tarjetas de memoria SD dependen de un sistema de interconexión mecánica para establecer una interfaz eléctrica estable con el dispositivo host. Esta interfaz debe facilitar un contacto constante de la señal y permitir una inserción y extracción fluida de la tarjeta, incluso con un uso frecuente o sometida a estrés mecánico. Para satisfacer estos requisitos, los diseños modernos de conectores implementan diversos mecanismos de acoplamiento optimizados para diferentes casos de uso y restricciones mecánicas:

• Empujar para insertar/Tirar para extraer: Diseño sencillo: empuje para insertar, tire para extraer. Sin pestillo ni resorte. Ideal para instalaciones con bajas vibraciones o semipermanentes.
• Pulsar-Pulsar (expulsión automática): Mecanismo con resorte: pulse una vez para insertar y pulse de nuevo para expulsar. Ofrece respuesta táctil y es ideal para un uso frecuente en dispositivos de consumo.
• Con bisagra: Utiliza una cubierta con cierre para fijar la tarjeta en su sitio. Está diseñado para entornos con altas vibraciones, como sistemas industriales o automovilísticos, donde es fundamental una retención segura.

Cada estilo ofrece ventajas e inconvenientes en cuanto a durabilidad, espacio y facilidad de uso, por lo que la elección depende de las necesidades mecánicas y ambientales de la aplicación.

Exploración de los contactos del conector de la tarjeta de memoria

Tanto las tarjetas SD como las SIM establecen la comunicación con un dispositivo host a través de una serie de almohadillas conductoras, conocidas como pines o contactos, situadas en la superficie de la tarjeta. Estos pines se alinean con los contactos correspondientes en el conector hembra para completar los circuitos eléctricos, y a cada pin se le asigna una función específica en una disposición estandarizada denominada "patillaje".

La conexión física se realiza a través de un conector específico montado en la placa de circuito impreso del dispositivo host. Los conectores están diseñados para adaptarse al formato específico de la tarjeta, como microSD o nano-SIM, con el fin de garantizar una alineación y una transmisión de la señal fiables.

Configuraciones de los contactos de la tarjeta SD

Las tarjetas SD han evolucionado para admitir velocidades de datos más altas a través de varios estándares de interfaz. Una tarjeta SD de tamaño completo típica cuenta con 9 pines de contacto, mientras que las versiones microSD suelen tener 8. Las variantes de mayor velocidad, como UHS-II o SD Express, pueden incluir pines adicionales o incluso una segunda fila para gestionar un mayor ancho de banda de señal. Las tarjetas SD modernas admiten los siguientes protocolos de comunicación:

• SPI (Interfaz periférica serial): Una interfaz sencilla y de baja velocidad que se utiliza generalmente en sistemas integrados o para aficionados.
• Interfaces de bus SD: Desde velocidad predeterminada y alta velocidad hasta UHS-I, UHS-II y UHS-III, con cada paso permitiendo velocidades de transferencia progresivamente más altas.
• PCIe/NVMe: Se usa en tarjetas SD Express, esta interfaz admite un acceso a datos a velocidades ultraaltas, ideal para video de calidad profesional, transferencias de archivos de gran tamaño y un rendimiento similar al de las unidades SSD.

El diseño del conector debe coincidir con la configuración de los pines de la tarjeta y el protocolo compatible para garantizar la plena funcionalidad y la integridad de los datos.

Configuraciones de los contactos de la tarjeta SIM

Las tarjetas SIM suelen tener entre 6 y 8 pines de contacto, y el número exacto depende del formato de la tarjeta y los requisitos de la aplicación. A continuación, se indican las funciones de contacto de una tarjeta SIM de 8 pines:

• VCC: Entrada de alimentación eléctrica
• GND: Referencia a tierra
• CLK: Señal de reloj para la sincronización de datos
• E/S: Línea de datos serial y bidireccional
• VPP: Voltaje de programación
• RST: Reinicio de señal
• RFU: Reservado para uso futuro (normalmente dos pines, no activos en aplicaciones estándar).

Las tarjetas SIM de 6 pines simplemente omiten los dos contactos RFU y conservan solo las líneas esenciales: VCC, GND, I/O, CLK, RST y VPP.

Algunos conectores SIM incluyen uno o más pines adicionales para detectar si la tarjeta está presente. Estos pines forman parte del conector, no de la tarjeta SIM, y se cortocircuitan mecánicamente a tierra cuando se inserta una tarjeta. Permiten al sistema host detectar eventos de inserción/extracción de tarjetas y responder en consecuencia, sin interferir con los contactos de señal.

Figura 2: Comparación de varias configuraciones de pines de tarjetas SD y SIM. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Configuraciones de contacto de tarjetas inteligentes

Como ya se ha señalado, las tarjetas inteligentes son dispositivos del tamaño de una tarjeta de crédito con un procesador y una memoria (RAM, EEPROM, ROM) integrados. Se conectan a los sistemas host a través de almohadillas de contacto o comunicación RF sin contacto. Los conectores para tarjetas inteligentes proporcionan una interfaz segura y extraíble para un intercambio de datos fiable y un uso frecuente. La configuración de los contactos de las tarjetas inteligentes coincide con la de una tarjeta SIM de 8 pines descrita anteriormente.

Las aplicaciones de tarjetas de memoria siguen creciendo.

La llegada de las tarjetas SIM revolucionó la conectividad de los dispositivos móviles al permitir la identificación segura de los usuarios y el acceso a la red. Del mismo modo, la evolución de las tarjetas SD impulsó significativamente las capacidades de los dispositivos al ofrecer un almacenamiento seguro y extraíble para la transferencia y ampliación de datos. Al haberse diseñado originalmente para teléfonos móviles y dispositivos electrónicos portátiles, las aplicaciones de las tarjetas de memoria se han expandido desde entonces a una amplia gama de tecnologías avanzadas, incluyendo la seguridad doméstica, los dispositivos IoT, los dispositivos para vestir, los drones, las consolas de videojuegos y mucho más.

Conclusión

La tecnología moderna de tarjetas de memoria permite un almacenamiento de datos de alto rendimiento y conectividad en una amplia gama de dispositivos. Para adaptarse a diversos formatos de tarjetas SD, SIM y tarjetas inteligentes, hay disponible una amplia selección de soluciones de interconexión, que incluyen conectores, expulsores, extensores y adaptadores. Estos componentes están disponibles en opciones de montaje superior e inferior y en diseños de perfil ultrabajo, lo que los hace ideales para aplicaciones compactas y con espacio limitado. Las soluciones de interconexión y los conectores para tarjetas de memoria de Same Sky se ofrecen en una amplia variedad de configuraciones para satisfacer prácticamente cualquier requisito de diseño.