【導讀】在現代電子設備中，USB Type-C 接口因其具有高帶寬、高功率特性且支持反向插入，成為應用最廣泛的標準。然而，隨著設備日益趨向小型化、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,尤其是在日常生活中 Type-C 端口經常會暴露在潮濕或高溫環境中，水汽或生活用水滲入接口可能引發一系列問題，從充電不穩定到設備短路，甚至導致設備損壞。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，分析其工作原理、實現方式及艾為的對應產品。
在現代電子設備中，USB Type-C 接口因其具有高帶寬、高功率特性且支持反向插入，成為應用最廣泛的標準。然而，隨著設備日益趨向小型化、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,尤其是在日常生活中 Type-C 端口經常會暴露在潮濕或高溫環境中，水汽或生活用水滲入接口可能引發一系列問題，從充電不穩定到設備短路，甚至導致設備損壞。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，分析其工作原理、實現方式及艾為的對應產品。
為了應對這一挑戰，USB Type-C 2.4協議引入了 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備的穩定性和安全性，其一般有以下幾種實現思路：在接口的電源引腳和地線之間，以及數據傳輸線之間， LPD 系統會持續監測電壓和電流的變化。如果出現異常的電流流動或電壓偏差，可能表明存在因水汽入侵產生的等效漏電路徑。除了電壓和電流的監測，LPD 技術還可以通過阻抗分析來判斷接口的電氣狀態。濕氣或水分滲透到接口的內部可能導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
據此波形分析并設計LPD機制
1、當 CC 處于 toggle 狀態時，CC pin 電平在0到 VDD 電壓不斷反轉，如果 CC 通路存在水汽會導致微短路，這時候CC內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 端的波形發生趨緩變化。2、在非電平主動反轉過程中，如果電壓處于中間電位會觸發 CC toggles 中斷。3、基于此，可以用 timer 來記錄間隔單位時間內（比如2s）toggles 中斷是否到來，若到來計數器加一，若沒有則清零。如果計數器加到50次，則認為觸發水汽預警，這時將 CC 端設為純 SNK 端口，并上報水汽事件給 AP 側。4、AP 側可以重啟 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，并且以其優異的性能進入MTK、展訊、ASR 等多家公司的官方參考設計方案。
在此基礎之上，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，內部集成擁有專利保護的硬件水汽檢測電路，其原理將結合下圖解釋：
圖3 CC PIN Toggle 示意圖
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，通過設置目標 CC VOL 電平及到達目標電平所需時間等參數，即可實現對水汽入侵檢測靈敏度的靈活控制。基于此技術的艾為第二代 PD PHY 產品 AW35615PFCR 典型應用圖如下所示：
- 支持 VBUS 檢測與放電控制功能，可以避免 VBUS 電腐蝕老化損耗
相信通過上文對 LPD 技術的詳細闡述，大家對其工作原理、實現方式以及在保障設備穩定性方面的重要作用，都有了較為深刻的認識。艾為憑借在相關領域的深厚技術積累，精心準備了一系列豐富且專業的端口保護及協議類解決方案，能夠充分滿足不同應用場景下的多樣化適配需求。
文章來源：艾為之家
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