eMMC信号测试 时钟CLK 数据 电源完整性量测 接口一致性

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eMMC简介

接口名称：eMMC

英文全称：embedded Multimedia Card

中文：嵌入式多媒体卡

eMMC是embedded Multi Media Card的简称，即嵌入式多媒体卡,是一种闪存卡的标准，它定义了基于嵌入式多媒体卡的存储系统的物理架构和访问接口及协议。

eMMC在封装中集成了一个控制器，提供标准接口并管理闪存，使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分，并缩短向市场推出产品的时间。它是在NAND闪存芯片的基础上，额外集成了控制器，并将二者“打包”封装封成一颗BGA芯片，从而减少了对PCB主板的空间占用，也是移动设备中普及度高的存储单元。

它是对MMC的一个拓展，具有体积小，功耗低，容量大等优点，非常适合用作智能手机、平板电脑、移动互联网设备等消费类电子设备的存储介质。

eMMC架构

由一个嵌入式存储解决方案组成，带有MMC（多媒体卡）接口、快闪存储器设备及主控制器。所有都在一个小型的BGA 封装。接口速度高达每秒400MBytes，eMMC具有快速、可升级的性能。同时其接口电压可以是1.8V或者是3.3V。

eMMC 内部是把NAND Flash芯片（Flash内存阵列） 、Device Controller芯片（也叫Flash控制器、eMMC控制器）封装在一块。

Flash控制器负责管理内存，并且提供标准接口，使得EMMC能够自动调整主机与从机的工作方式，没有位数限制，不需要处理其他繁杂的NAND Flash兼容性和管理问题，同时，控制器是其卡的应用和多媒体总线之间的联系介质，它能在应用程序总线和标准多媒体总线之前完成协议转换。他的通信基于先进的10个信号总线，通信协议被定义为这个标准的一部分，简称多媒体模式。

各组成部分

NAND Flash闪存

NAND Flash 是一种非易失性的存储器，通常在嵌入式系统中用于存放系统、应用和数据等，类似与 PC 系统中的硬盘。

eMMC 在内部对 NAND Flash 划分了几个主要区域，如下所示：

Device Controller闪存控制器

闪存控制器主要用来对内部的Nand Flash进行操作和管理。由于Nand Flash自身的物理特性，需要实现坏块管理、磨损均衡、ECC等诸多功能，这些功能就是由FTL（Flash Translation Layer）来实现。eMMC内部集成的闪存控制器则实现了FTL等功能，减少了由于不同型号Nand Flash的各种特性差异，造成的软件开发复杂度；同时闪存控制器也提供了Cache、Memory array、interleave等多种功能，大大提高了Nand Flash读写操作性能。

标准接口

eMMC接口主要实现将eMMC接入到Host的MMC总线上，与Host进行通信，实现eMMC的协议逻辑。

其中包括Card Interface（CMD，DATA，CLK）、Memory core interface、总线接口控制（Card Interface Controller）、电源控制、寄存器组。

eMMC 与 Host 之间的通信线，如下：

eMMC信号功能

 时钟信号CLK：

给eMMC提供数据交互的时钟。

 控制信号：

DS: DS是由eMMC向主控端传输，频率和 CLK 信号相同，用于同步从 Device 端输出的数据，在HS400模式下使用，在主控端实现数据同步功能。该信号在 eMMC 5.0 中引入。

 CMD:命令交互信号

用于传输控制命令或者回应主机（发送 Host 的 command 和 Device 的 response），双向信号，工作在开漏和推挽模式。Host 与 eMMC 之间的通信都是 Host 以一个 Command 开始发起的，针对不同的 Command，Device 会做出不同的响应。

 RST_n:

复位信号。

 数据信号：

DAT[7:0]: 双向接口，数据收发。
eMMC的双向数据总线，用于主机和设备之间的数据通信。它工作在应对快速的命令传输的推挽模式。
DAT线在某一时刻只能支持单向传输，只能被设备或eMMC HOST一方控制。默认下，当用户上电或者复位的时候，仅能用DAT0一根线传输数据。同时，用户可以自己配置想要使用的DAT线的数量，也可以选择4根或者8根。当用户选择4根时，eMMC设备会断DAT1-3的内部上拉，如果用户选择的是8根，那么同理会断开DAT1-7的上拉。

 电源信号：

VCC: eMMC的Core电源。
VCCQ: IO电源。

eMMC的工作模式

eMMC共有5种不同的工作模式，具体如下

eMMC特点和应用

集成度高

eMMC芯片集成了一个控制器，用于管理闪存芯片，简化了产品设计过程，并加速了产品的推出。

统一接口

eMMC采用了MMC标准接口，可以与多种存储设备匹配，包括NAND存储设备和MMC设备。

较大容量

eMMC常见的容量为2~256GB，可以满足用户对大容量存储的需求。

高速传输

eMMC芯片支持较高的数据传输速率，且取决于其版本和规格，高可达到400MB/s或更高。

兼容性强

eMMC芯片可以与多种移动设备和计算机系统兼容，包括Windows、Mac、Android等。

eMMC应用

eMMC的应用是对存储容量有较高要求的消费电子产品。2011年已大量生产的一些热门产品，如Palm Pre、Amazon Kindle II和Flip MinoHD，都采用了eMMC。为了确认这些产品究竟使用了何种存储器，iSuppli利用拆机分析业务对它们进行了拆解，发现eMMC身在其中。

eMMC与其他存储器件的对比

eMMC VS Nand Flash

eMMC是将Nand Flash和Flash Controller和eMMC接口等封装在一起的小型的存储系统，这样做的好处是：

1.简化系统存储设计，降低开发复杂度。生产Nand Flash的厂商众多，有samsung、hynix、micron等许多厂商，每家生产的产品的技术特性都稍有差异，需要针对这些特性做兼容开发，开发非常复杂；而eMMC则规定了统一的协议接口，我们只需要根据协议做开发，就能兼容各个厂商的eMMC产品，开发过程大大简化。

2.更新速度快。随着Nand Flash制程工艺的不断升级，主控的Flash Controller和FTL也需要不停的更新，才能支持新的Nand Flash。而eMMC将Flash Controller和Nand Flash封装在了一起，屏蔽了由于Nand Flash制程工艺而带来的差异，主控的controller和driver不需要做过多修改就能支持。

3.读写性能更好。eMMC在Nand Flash的基础上，加入了Cache、Memory array等技术，大大提高了读写速度。

eMMC VS MMC

eMMC即embedded MMC，就是从MMC拓展而来，做了小型化处理，方便嵌入到板上，且速度方面做了提升，从0 ~ 52MHz提升到了0 ~ 200MHz。

eMMC VS UFS

与eMMC一样，UFS也是一种将Nand Flash和Flash controller即协议接口封装在一起的存储系统。但是两者还是有很大的区别。

1.协议接口不一样。eMMC使用的是8bit的并行接口，而UFS使用的是串行接口。eMMC和主控之间只能进行半双工通信，而UFS与主控之间可以看下全双工通信。

2.UFS的读写性能比eMMC高很多。如前所述，由于eMMC使用的是并行接口，这就限制了它的高工作频率，目前eMMC能支持的高工作频率是200MHz，及它的大传输带宽为400MB/s。而UFS使用的是串行接口，则可以突破这个限制，且能进行全双工通信，大幅提高了读写性能。

eMMC发展趋势

eMMC标准维护和制定由JEDEC & MultimediaCard Association（MMCA，多媒体卡协会）完成，新的eMMC产品遵循JEDEC eMMC 5.1标准，该标准定义了eMMC的通信信号、命令、内部寄存器、特性，并为系统设计人员提供指导。它是工业应用和汽车应用的嵌入式存储解决方案的理想选择，这些应用需要在广泛的工作温度范围内具有高性能。eMMC也是Nand Flash的一种，属于并行类别，由于控制系统的不同以及速率差异，将eMMC独立出来，其容量可以覆盖到很大的区间，从1GB到256GB甚至更高，采用8位并行数据接口。

eMMC芯片信号完整性量测案例：

测试设备

测试项目和结果Summary of Results

EMMC 信号测试结果和波形图

Trial 2: tPERIOD

Trial 2: tTLH

Trial 2: Falling Edge Measurement

Trial 2: Rising Edge Measurement

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