艾為智能水汽檢測技術(shù)，讓接口“感知風(fēng)險”，實現(xiàn)從被動防水到智能防護(hù)的升級。

01Type-C普及的挑戰(zhàn)

USB Type-C 接口憑借雙面插拔、高速傳輸、支持快充等特性，已在筆電、手機(jī)、平板、TWS耳機(jī)等領(lǐng)域全面普及。但與此同時，接口暴露在汗液、雨水、飲料、冷凝水等潮濕環(huán)境中，也帶來了一個常見而又致命的問題——進(jìn)水短路、腐蝕生銹、PD等協(xié)議握手異常。

傳統(tǒng)防水方式（如膠圈）僅能防止水汽進(jìn)一步入侵設(shè)備內(nèi)部電路，并不能感知端口是否有水汽入侵和腐蝕等問題。于是，智能水汽檢測芯片成為新一代 Type-C 接口防護(hù)的關(guān)鍵方案，讓接口具備“感知”水汽的能力，在風(fēng)險出現(xiàn)前主動斷電保護(hù)。

02技術(shù)原理：讓接口“會呼吸”

水汽檢測芯片通過實時檢測端口電氣特性變化，判斷是否存在潮濕或液體侵入事件。常見檢測機(jī)制包括：

靜態(tài)阻抗檢測：采集端口引腳等效阻抗，當(dāng)接口中出現(xiàn)水汽時，電極間阻抗下降，該方案通常采用ADC電路采樣待檢測端口的靜態(tài)等效阻抗并交與系統(tǒng)層面判別阻抗異常，從而判別進(jìn)水行為

動態(tài)容抗分析：利用端口對AC檢測信號的反饋來推斷引腳的容抗變化，該方案通過動態(tài)分析待測端口容抗變化來甄別水汽入侵

03艾為電子的雙線創(chuàng)新方案

數(shù)模龍頭艾為電子針對不同應(yīng)用場景推出兩條技術(shù)路徑的水汽檢測解決方案：

基于PD PHY的CC端口解決方案

艾為第二代的PD PHY芯片充分考慮到了目前客戶界面普遍存在的兩大痛點(diǎn)：DRP模式下的電腐蝕問題和進(jìn)水檢測。

端口的電腐蝕問題在手機(jī)、平板、筆電等DRP (既充電又放電) 應(yīng)用場景中普遍存在，一方面是因為DRP端口需要檢測Source or Sink設(shè)備插入，需要讓自己工作在toggle狀態(tài)，那么根據(jù)Type-c協(xié)議規(guī)定，端口的CC 引腳上面會周期性存在下表中的一種電流，而這種反復(fù)的電荷遷移將會帶來電腐蝕問題，且疊加水汽入侵的話腐蝕速度會愈加嚴(yán)重。

在此背景下，艾為AW35615系列芯片引入Wake mode，實現(xiàn)了無需toggle即可以判斷設(shè)備插入的技術(shù)（同時降低芯片靜態(tài)功耗），客戶可以配置芯片進(jìn)入Wake mode，當(dāng)有外部設(shè)備插入端口后，系統(tǒng)讀到Wake mode中斷再打開toggle mode來進(jìn)一步判斷插入設(shè)備的類型，其實現(xiàn)方式可以簡化為：

圖1 Wake mode 示意圖

當(dāng)用戶配置芯片進(jìn)入Wake mode后，將會使能內(nèi)部兆歐級上/下拉電阻，從而用nA級別電流將端口CC引腳維持在0.9V左右電壓，這將極大減緩端口的電腐蝕速度。而當(dāng)設(shè)備插入或者水汽入侵后，將會打破這里的電壓平衡進(jìn)而發(fā)出WAKE中斷，進(jìn)入水汽檢測和toggle狀態(tài)。

艾為的PD PHY系列芯片內(nèi)部集成擁有專利保護(hù)的硬件水汽檢測電路，并將其融入到toggle過程中，其原理結(jié)合下圖解釋：

圖2 CC PIN Toggle 示意圖

圖3 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CC端口電平因寄生的低通濾波器存在，上升沿將變得異常緩慢，通過設(shè)置目標(biāo)CC pin VOL電平及到達(dá)目標(biāo)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。其典型應(yīng)用框圖如下所示：

圖4 AW35615 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

擁有通過CTS認(rèn)證的完整PD協(xié)議棧實現(xiàn)（適配從RTOS到Linux各平臺應(yīng)用）

支持1.2V 1.8V I2C通信

支持死電池模式，未通電時作為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

針對PD Controller應(yīng)用的CC Pin ESD防護(hù)及水汽檢測芯片

在筆電等使用PD Controller作為端口協(xié)議解決方案的場景，艾為推出AW35613系列產(chǎn)品，其擁有優(yōu)異的ESD及Surge防護(hù)能力并集成濕度檢測功能，同時亦兼顧到端口因長期處于toggle狀態(tài)而產(chǎn)生的電腐蝕問題。其實現(xiàn)原理簡化如下：

圖5 AW35613 水汽檢測原理展示

當(dāng)端口被配置為DRP 模式后，AW35613將會持續(xù)監(jiān)測連接到PD Controller端的CC端口電平，并關(guān)閉MPASS管，使用芯片內(nèi)部2μA左右電流鏡作用于端口CC pin，進(jìn)而達(dá)到探測設(shè)備插入事件的作用，同時這將極大降低toggle狀態(tài)下的端口電腐蝕速度，當(dāng)端口電壓變化時芯片內(nèi)部的monitor邏輯電路將會通過內(nèi)置的時許邏輯去探測CC端口的等效AC下阻/容抗，進(jìn)而識別是正常的設(shè)備插入還是水汽入侵，并選擇打開MPASS進(jìn)行后續(xù)的協(xié)議溝通還是給出NFLT指示，告知系統(tǒng)進(jìn)水事件。

圖6 AW35613 典型應(yīng)用框圖

其主要參數(shù)為：

C_CC1/2 最高耐壓32V

IEC61000-4-2 ESD 等級：接觸±8kV 空氣±15kV

IEC61000-4-5 浪涌能力:±60V

CC1/2 擁有600mA的過電流能力

支持死電池模式

支持水汽檢測

CC Ron 小于0.3Ω

C_CC OVP 閾值 5.8V

-3dB 帶寬160MHz

04系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化要點(diǎn)

在整機(jī)設(shè)計中，水汽檢測芯片通常與 AP控制器、PD Controller、OVP 芯片、MOSFET 等器件協(xié)同工作。艾為建議設(shè)計時關(guān)注以下關(guān)鍵點(diǎn)：

1.檢測引腳選擇：根據(jù)端口引腳分布，優(yōu)選靠近VBUS的CC引腳

2.靈敏度調(diào)校：確保在高濕環(huán)境中不誤觸發(fā)

3.防護(hù)鏈閉環(huán)：檢測→斷電→恢復(fù)路徑要完整可靠

4.低功耗控制：待機(jī)電流控制在μA級，延長續(xù)航

實測表明，這兩款芯片可在不改變外觀結(jié)構(gòu)的前提下，大幅提升 Type-C 接口在潮濕環(huán)境下的可靠性與壽命。

數(shù)模龍頭艾為電子將會繼續(xù)深耕迭代端口類保護(hù)及協(xié)議芯片，為智能終端提供更可靠、更智能的底層支撐。