【技术帖】让接口不再短命：艾为 C-Shielding™ Type-C智能水汽防护技术解析

随着USB Type-C 接口在智能手机、平板电脑、笔记本电脑以及各类智能终端中的快速普及，Type-C 接口已经成为设备中最常使用、也是最容易受到环境影响的关键部件之一。相比传统接口，Type-C 在充电、数据传输和视频传输等方面都具备显著优势，但与此同时，其接口结构更为精密，使用场景也更加复杂。

在日常使用过程中，用户往往会在各种环境中连接设备，例如雨天、潮湿环境、运动场景甚至高温高湿地区。水汽或液体一旦进入 Type-C 接口内部，可能会改变端口电气特性，从而导致接口异常，轻则出现充电失败、通信不稳定等问题，重则可能引发短路甚至接口损坏。

一、行业痛点&艾为方案

针对这一行业普遍存在的痛点，艾为提出了一套面向 Type-C 接口可靠性的智能防护技术体系——C-Shielding技术。

其中C-Shielding中的“C” 代表 Connect Compact，寓意通过紧凑而高效的接口检测与保护机制，为 Type-C 接口构建一层坚固可靠的防护盾（Shielding）。通过智能检测接口环境变化并进行主动防护，C-Shielding 技术能够显著提升 Type-C 接口在复杂环境下的稳定性与可靠性。

水汽检测芯片通过实时检测端口电气特性变化，判断是否存在潮湿或液体侵入事件。常见检测机制包括：

静态阻抗检测：

采集端口引脚等效阻抗，当接口中出现水汽时，电极间阻抗下降，该方案通常采用ADC电路采样待检测端口的静态等效阻抗并交与系统层面判别阻抗异常，从而判别进水行为;

动态容抗分析：

利用端口对AC检测信号的反馈来推断引脚的容抗变化，该方案通过动态分析待测端口容抗变化来甄别水汽入侵。

二、艾为方案

艾为电子针对不同应用场景推出两条技术路径的水汽检测解决方案：

方案一 : AW35615基于PD PHY的CC端口解决方案

艾为第二代的PD PHY芯片充分考虑到了目前客户界面普遍存在的两大痛点：DRP模式下的电腐蚀问题和进水检测。

端口的电腐蚀问题在手机、平板、笔电等DRP (既充电又放电) 应用场景中普遍存在，一方面是因为DRP端口需要检测Source or Sink设备插入，需要让自己工作在toggle状态，那么根据Type-c协议规定，端口的CC 引脚上面会周期性存在下表中的一种电流，而这种反复的电荷迁移将会带来电腐蚀问题，且叠加水汽入侵的话腐蚀速度会愈加严重。

表1各挡位=>各档位

在此背景下，艾为的AW35615系列芯片引入Wake mode，实现了无需toggle即可以判断设备插入的技术（同时降低芯片静态功耗），客户可以配置芯片进入Wake mode，当有外部设备插入端口后，系统读到Wake mode中断再打开toggle mode来进一步判断插入设备的类型，其实现方式可以简化为：

                         

图1 Wake mode 示意图

当用户配置芯片进入Wake mode后，将会使能内部兆欧级上/下拉电阻，从而用nA级别电流将端口CC引脚维持在0.9V左右电压，这将极大减缓端口的电腐蚀速度。而当设备插入或者水汽入侵后，将会打破这里的电压平衡进而发出WAKE中断，进入水汽检测和toggle状态。

艾为的PD PHY系列芯片内部集成拥有专利保护的硬件水汽检测电路，并将其融入到toggle过程中，其原理结合下图解释：

图2 CC PIN Toggle 示意图

图3 水汽入侵后CC pin波形分析模型图

可以看到在水汽入侵之后CC端口电平因寄生的低通滤波器存在，上升沿将变得异常缓慢，通过设置目标CC pin VOL电平及到达目标电平所需时间等参数，即可实现对水汽入侵检测灵敏度的灵活控制。其典型应用框图如下所示：

图4 AW35615 典型应用框图

其主要参数为：

支持USB PD 3.1 28V EPR

更优秀的眼图

CC引脚最高耐压值：32V

拥有通过CTS认证的完整PD协议栈实现（适配从RTOS到Linux各平台应用）

支持1.2V 1.8V IIC通信

支持死电池模式，未通电时作为SNK

内置专利保护的LPD硬件算法

支持VBUS检测与放电控制功能，可以避免VBUS电腐蚀老化损耗

支持Wake低功耗检测模式

方案二： AW35613系列基于PD Controller端口协议的解决方案

针对PD Controller应用的CC Pin ESD防护及水汽检测芯片在笔电等使用PD Controller作为端口协议解决方案的场景，艾为推出AW35613系列产品，其拥有优异的ESD及Surge防护能力并集成湿度检测功能，同时亦兼顾到端口因长期处于toggle状态而产生的电腐蚀问题。其实现原理简化如下：

图5 AW35613 水汽检测原理展示

当端口被配置为DRP 模式后，AW35613将会持续监测连接到PD Controller端的CC端口电平，并关闭MPASS管，使用芯片内部2μA左右电流镜作用于端口CC pin，进而达到探测设备插入事件的作用。

同时这将极大降低toggle状态下的端口电腐蚀速度，当端口电压变化时，芯片内部的monitor逻辑电路将会通过内置的时序逻辑去探测CC端口的等效AC下阻/容抗，进而识别是正常的设备插入还是水汽入侵，并选择打开MPASS进行后续的协议沟通还是给出NFLT指示，告知系统进水事件。AW35615的典型应用框图如下：

图6 AW35613 典型应用框图

其主要参数为：

C_CC1/2 最高耐压32V

IEC61000-4-2 ESD 等级：接触±8kV 空气±15kV

IEC61000-4-5 浪涌能力: ±60V

CC1/2 拥有600mA的过电流能力

支持死电池模式

支持水汽检测

CC Ron 小于0.3Ω

C_CC OVP 阈值 5.8V

-3dB 带宽160MHz

三、系统设计与优化要点

在整机设计中，水汽检测芯片通常与 AP控制器、PD Controller、OVP 芯片、MOSFET 等器件协同工作。艾为建议设计时关注以下关键点：

检测引脚选择：根据端口引脚分布，优选靠近VBUS的CC引脚；

灵敏度调校：确保在高湿环境中不误触发；

防护链闭环：检测→断电→恢复路径要完整可靠；

低功耗控制：待机电流控制在 μA 级，延长续航；

实测表明，这两款芯片可在不改变外观结构的前提下，大幅提升 Type-C 接口在潮湿环境下的可靠性与寿命。

随着 USB Type-C 接口在智能设备中的普及，以及 USB PD 快充功率持续提升，接口可靠性问题越来越受到系统设计工程师的关注。

艾为提出的C-Shielding 技术，通过智能水汽检测、低功耗监测以及系统级保护机制，为 Type-C 接口构建了一套完整的可靠性防护方案。

通过Connect Compact 的设计理念，C-Shielding 技术能够在不改变终端设备结构设计的情况下，为接口增加一层智能防护盾，有效提升设备在复杂环境中的使用可靠性。

未来，随着智能终端应用场景的不断拓展，类似C-Shielding的接口可靠性技术也将成为 Type-C 系统设计的重要组成部分。