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(biāo)準(zhǔn)。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(yán)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(shí)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(hù)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(shí)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(dòng)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(zhǔn)的阻抗測量來檢測這種變化。

下圖為一個(gè)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(shí)測波形圖

據(jù)此波形分析并設(shè)計(jì)LPD機(jī)制

1、當(dāng) CC 處于 toggle 狀態(tài)時(shí)，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(shí)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(dòng)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(shí)間內(nèi)（比如2s）toggles 中斷是否到來，若到來計(jì)數(shù)器加一，若沒有則清零。如果計(jì)數(shù)器加到50次，則認(rèn)為觸發(fā)水汽預(yù)警，這時(shí)將 CC 端設(shè)為純 SNK 端口，并上報(bào)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(jì)出貨近億顆，并且以其優(yōu)異的性能進(jìn)入MTK、展訊、ASR 等多家公司的官方參考設(shè)計(jì)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(hù)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(biāo) CC VOL 電平及到達(dá)目標(biāo)電平所需時(shí)間等參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對水汽入侵檢測靈敏度的靈活控制?；诖思夹g(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(rèn)證的完整 PD 協(xié)議棧實(shí)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(shí)作為 SNK

• 內(nèi)置專利保護(hù)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(xì)闡述，大家對其工作原理、實(shí)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(rèn)識。艾為憑借在相關(guān)領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累，精心準(zhǔn)備了一系列豐富且專業(yè)的端口保護(hù)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。

文章來源：艾為之家