在現(xiàn)代電子設(shè)備中，USB Type-C 接口因其具有高帶寬、高功率特性且支持反向插入，成為應(yīng)用最廣泛的標準。然而，隨著設(shè)備日益趨向小型化、充電功率和功能多樣化，接口可靠性也面臨著更嚴峻的挑戰(zhàn),尤其是在日常生活中 Type-C 端口經(jīng)常會暴露在潮濕或高溫環(huán)境中，水汽或生活用水滲入接口可能引發(fā)一系列問題，從充電不穩(wěn)定到設(shè)備短路，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞。如何有效檢測和防止水汽侵入成為提升 USB Type-C 接口可靠性的重要課題。本文將探討針對 USB Type-C 接口的水汽檢測技術(shù)，分析其工作原理、實現(xiàn)方式及艾為的對應(yīng)產(chǎn)品。

為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，USB Type-C 2.4協(xié)議引入了 LPD(Liquid Presence Detection)的概念，旨在通過對接口寄生的額外漏電路徑檢測和防護來確保用電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，其一般有以下幾種實現(xiàn)思路：

電壓/電流監(jiān)測

在接口的電源引腳和地線之間，以及數(shù)據(jù)傳輸線之間， LPD 系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)測電壓和電流的變化。如果出現(xiàn)異常的電流流動或電壓偏差，可能表明存在因水汽入侵產(chǎn)生的等效漏電路徑。

阻抗、容抗分析

除了電壓和電流的監(jiān)測，LPD 技術(shù)還可以通過阻抗分析來判斷接口的電氣狀態(tài)。濕氣或水分滲透到接口的內(nèi)部可能導(dǎo)致某些電氣通路的阻抗、容抗變化，LPD 能夠通過精準的阻抗測量來檢測這種變化。

下圖為一個典型的水汽入侵等效示意電路：

圖1 Type-C 端口水汽入侵等效示意圖

其對應(yīng)的 VBUS 及 CC pin 波形如下所示：

圖2 Type-C 端口水汽入侵實測波形圖

據(jù)此波形分析并設(shè)計LPD機制

1、當(dāng) CC 處于 toggle 狀態(tài)時，CC pin 電平在0到 VDD 電壓不斷反轉(zhuǎn)，如果 CC 通路存在水汽會導(dǎo)致微短路，這時候CC內(nèi)部電阻加上微短路電阻和 Vbus 上的電容形成 RC 低通濾波器，將過濾 CC 上升沿和下降沿的高頻分量，促使 CC 端的波形發(fā)生趨緩變化。

2、在非電平主動反轉(zhuǎn)過程中，如果電壓處于中間電位會觸發(fā) CC toggles 中斷。

3、基于此，可以用 timer 來記錄間隔單位時間內(nèi)(比如2s)toggles 中斷是否到來，若到來計數(shù)器加一，若沒有則清零。如果計數(shù)器加到50次，則認為觸發(fā)水汽預(yù)警，這時將 CC 端設(shè)為純 SNK 端口，并上報水汽事件給 AP 側(cè)。

4、AP 側(cè)可以重啟 CC 端口 DRP 功能。

這也是艾為的第一代 PD PHY – AW35615CSR 所采用的 LPD 檢測方案，該芯片累計出貨近億顆，并且以其優(yōu)異的性能進入MTK、展訊、ASR 等多家公司的官方參考設(shè)計方案。

在此基礎(chǔ)之上，艾為不斷追求 LPD 檢測精度及靈敏度，并推出第二代 PD PHY 方案，內(nèi)部集成擁有專利保護的硬件水汽檢測電路，其原理將結(jié)合下圖解釋：

圖3 CC PIN Toggle 示意圖

圖4 水汽入侵后 CC pin 波形分析模型圖

可以看到，在水汽入侵之后，由于寄生低通濾波器的存在，CC 端口電平的上升沿將變得異常緩慢，通過設(shè)置目標 CC VOL 電平及到達目標電平所需時間等參數(shù)，即可實現(xiàn)對水汽入侵檢測靈敏度的靈活控制。基于此技術(shù)的艾為第二代 PD PHY 產(chǎn)品 AW35615PFCR 典型應(yīng)用圖如下所示：

圖5 AW35615PFCR 典型應(yīng)用框圖

其主要參數(shù)為：

支持 USB PD 3.1 28V EPR

更優(yōu)秀的眼圖

CC 引腳最高耐壓值：32V

自家通過 CTS 認證的完整 PD 協(xié)議棧實現(xiàn)

取消 VCONN 引腳，layout 更方便

支持1.2V、1.8V IIC通信

支持死電池模式，未通電時作為 SNK

內(nèi)置專利保護的 LPD 硬件算法

支持 VBUS 檢測與放電控制功能，可以避免 VBUS 電腐蝕老化損耗

支持 Wake 低功耗檢測模式

相信通過上文對 LPD 技術(shù)的詳細闡述，大家對其工作原理、實現(xiàn)方式以及在保障設(shè)備穩(wěn)定性方面的重要作用，都有了較為深刻的認識。艾為憑借在相關(guān)領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累，精心準備了一系列豐富且專業(yè)的端口保護及協(xié)議類解決方案，能夠充分滿足不同應(yīng)用場景下的多樣化適配需求。若您有進一步了解的意向，歡迎隨時來電垂詢。