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Type-C端口水汽檢測(LPD)技術介紹

發布時間：2025-03-04 責任編輯：lina

【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，接口可靠性也麵臨著更嚴峻的挑戰,尤其是在日常生活中 Type-C duankoujingchanghuibaoluzaichaoshihuogaowenhuanjingzhong，shuiqihuoshenghuoyongshuishenrujiekoukenengyinfayixiliewenti，congchongdianbuwendingdaoshebeiduanlu，shenzhidaozhishebeisunhuai。ruheyouxiaojiancehefangzhishuiqiqinruchengweitisheng 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，接口可靠性也麵臨著更嚴峻的挑戰,尤其是在日常生活中 Type-C duankoujingchanghuibaoluzaichaoshihuogaowenhuanjingzhong，shuiqihuoshenghuoyongshuishenrujiekoukenengyinfayixiliewenti，congchongdianbuwendingdaoshebeiduanlu，shenzhidaozhishebeisunhuai。ruheyouxiaojiancehefangzhishuiqiqinruchengweitisheng 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：

電壓/電流監測

在接口的電源引腳和地線之間，以及數據傳輸線之間， LPD 係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。

阻抗、容抗分析

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：

Type-C端口水汽檢測(LPD)技術介紹

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：

Type-C端口水汽檢測(LPD)技術介紹

圖2 Type-C 端口水汽入侵實測波形圖

據此波形分析並設計LPD機製

1、當 CC 處於 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，如果電壓處於中間電位會觸發 CC toggles 中斷。

3、基於此，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，並上報水汽事件給 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，並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，並推出第二代 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：

Type-C端口水汽檢測(LPD)技術介紹

圖3 CC PIN Toggle 示意圖

Type-C端口水汽檢測(LPD)技術介紹

圖4 水汽入侵後 CC pin 波形分析模型圖

可以看到，在水汽入侵之後，由於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製。基於此技術的艾為第二代 PD PHY 產品 AW35615PFCR 典型應用圖如下所示：

Type-C端口水汽檢測(LPD)技術介紹

圖5 AW35615PFCR 典型應用框圖

其主要參數為：

支持 USB PD 3.1 28V EPR
更優秀的眼圖
CC 引腳最高耐壓值：32V
自家通過 CTS 認證的完整 PD 協議棧實現
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
內置專利保護的 LPD 硬件算法
支持 VBUS 檢測與放電控製功能，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 技術的詳細闡述，大家對其工作原理、實shi現xian方fang式shi以yi及ji在zai保bao障zhang設she備bei穩wen定ding性xing方fang麵mian的de重zhong要yao作zuo用yong，都dou有you了le較jiao為wei深shen刻ke的de認ren識shi。艾ai為wei憑ping借jie在zai相xiang關guan領ling域yu的de深shen厚hou技ji術shu積ji累lei，精jing心xin準zhun備bei了le一yi係xi列lie豐feng富fu且qie專zhuan業ye的de端duan口kou保bao護hu及ji協xie議yi類lei解jie決jue方fang案an，能neng夠gou充chong分fen滿man足zu不bu同tong應ying用yong場chang景jing下xia的de多duo樣yang化hua適shi配pei需xu求qiu。

文章來源：艾為之家

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