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

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、平板、TWS耳機等領域全面普及。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）僅能防止水汽進一步入侵設備內(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 接口防護的關鍵方案，讓接口具備“感知”水汽的能力，在風險出現(xiàn)前主動斷電保護。

02技術原理：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。常見檢測機制包括：

靜態(tài)阻抗檢測：采集端口引腳等效阻抗，當接口中出現(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用場景推出兩條技術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：DRP模式下的電腐蝕問題和進水檢測。

端口的電腐蝕問題在手機、平板、筆電等DRP (既充電又放電) 應用場景中普遍存在，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即可以判斷設備插入的技術（同時降低芯片靜態(tài)功耗），客戶可以配置芯片進入Wake mode，當有外部設備插入端口后，系統(tǒng)讀到Wake mode中斷再打開toggle mode來進一步判斷插入設備的類型，其實現(xiàn)方式可以簡化為：

圖1 Wake mode 示意圖

當用戶配置芯片進入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。而當設備插入或者水汽入侵后，將會打破這里的電壓平衡進而發(fā)出WAKE中斷，進入水汽檢測和toggle狀態(tài)。

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

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，通過設置目標CC pin 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。其典型應用框圖如下所示：

圖4 AW35615 典型應用框圖

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認證的完整PD協(xié)議棧實現(xiàn)（適配從RTOS到Linux各平臺應用）

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應用的CC Pin ESD防護及水汽檢測芯片

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，并關閉MPASS管，使用芯片內(nèi)部2μA左右電流鏡作用于端口CC pin，進而達到探測設備插入事件的作用，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，進而識別是正常的設備插入還是水汽入侵，并選擇打開MPASS進行后續(xù)的協(xié)議溝通還是給出NFLT指示，告知系統(tǒng)進水事件。

圖6 AW35613 典型應用框圖

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)設計與優(yōu)化要點

在整機設計中，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。艾為建議設計時關注以下關鍵點：

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.防護鏈閉環(huán)：檢測→斷電→恢復路徑要完整可靠

4.低功耗控制：待機電流控制在μA級，延長續(xù)航

實測表明，這兩款芯片可在不改變外觀結構的前提下，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及協(xié)議芯片，為智能終端提供更可靠、更智能的底層支撐。