Type-C进液检测原理介绍与硬件方案讨论

haley.xu

背景说明：

    随着USB接口的发展，Type-C端口采用对称设计支持正反插，具有高速数据传输，高功率供电，视频传输（2K、4K），音频传输等广泛的应用。生活中，Type-C端口作为关键接口，经常被暴露在潮湿环境中，例如手机等移动终端设备常作为DRP角色、Type-C CC管脚带电的原因，水汽或其他液体成分渗入接口，便有可能引发故障。在进水后容易发生电化学反应，导致管脚的腐蚀。表现为设备无法充电、充电不稳或者不停断充，或者单面能快充，另外一面却失掉快充；或者OTG功能无法使用甚至损坏设备。

图1 CC管脚波形

图2 图3 端子被腐蚀后的图片

目录：

背景说明：

1. 高通、三星古早进液检测方案

2. 苹果进液检测方案

    2.1 苹果直流检测方案

3. 基本方案讨论：直流方案 VS 交流方案

4. 艾为水汽检测方案

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

    4.2 第一代PD PHY——AW35615CSR基于PD PHY的CC端口解决方案

    4.3 第二代PD-PHY——AW35615P/FCR基于PD PHY的CC端口解决方案

4. 力芯微 OVP ET9545L

5. TI TPS25751&TPS26750

6. 实际应用方案选择

    6.1 方案一：NTC温度监控

    6.2 方案二：力芯微 ET9545L

    6.3 方案三：NTC + AW35613 方案

    6.4 方案四：艾为AW35615

    6.5 方案五：TPS25751&TPS26750方案

7. 特别说明

相关引用出处说明

1. 高通、三星古早进液检测方案

    手机中的Type-C口，容易因进液加带电而发生电化学腐蚀，因此要做防护。高通作为老江湖很早就意识到这个问题，于是在充电PMIC芯片PM8150B中集成了Liquid Presence Detection (LPD) 的feature。

其LPD逻辑可总结为以下几点：

（1）PM8150B内部的crude sensor电路检测CC1/CC2管脚下拉情况，如果液体导致CC脚存在下拉，那么就会生成中断信号，然后告知CC logic把工作干起来。这点很重要，没有中断的话，就得轮询，而轮询会占用处理器的资源。

（2）如果CC逻辑检测到Rd/Open、Rd/Ra 或 Ra/Ra，则将其视为标准的Type-C外设，做相应的动作即可；但如果CC逻辑无法成功检测到上面三种情形（说明不是标准的Type-C外设，很有可能是进液了导致的异常阻抗），此时就会开启 SBU1/SBU2上面的电流源，并读取ADC的值，计算SBU1/SBU2的对地阻抗，加以验证。

（3）如果SBU阻抗小于设定的阈值，则上报检测到液体，并把手机的CC逻辑配置为Sink/UFP（内部CC脚5.1K下拉）。这样CC脚电压为0V，便不带电了，便在一定程度上规避电化学腐蚀。

    当Type-C连接器被清洁干净后，系统检测到阻抗正常，CC逻辑自动恢复到DRP模式。

图4 LPD检测图

    进液检测波形如下：

图5 进液检测波形

    如上为高通早期的进液检测方案，与同时代三星手机上的进液检测方案大差不差，仅细节上有差异。

    为了进一步优化检测结果，高通后续的PMIC做了些改进，大致为：取消联动，使阻抗测量独立于Type-C CC logic，把测量管脚扩大为 SBU1/2、CC1/2、D+/D- 引脚，提高检测精度等等。

2. 苹果进液检测方案

    苹果很早就集成了进水警告功能，主要是避免进液时充电导致充电口受损。苹果15上，充电口由闪电（Lightning）接口转换为Type-C接口。

2.1 苹果直流检测方案

    苹果早在2014年的专利US9335355 虽然本身没有明确标注或声明其采用的是“直流（DC）检测方案”，但根据其测量原理——对电极间的电阻和电容进行测量，可以判断这属于直流检测的范畴。

    US9335355 B2 (美国授权专利)（"Electronic device with liquid contact sensors"）是苹果在电子液体检测领域的一项基础性专利，于2016年5月10日正式获批。

专利原文摘要如下：

    “Electronic devices may be accidentally exposed to liquid during operation. To detect liquid intrusion events, an electronic device may be provided with one or more electronic liquid contact sensors. The liquid contact sensors may have electrodes. Control circuitry may make measurements across the electrodes such as resistance and capacitance measurements to detect the presence of liquid. Liquid contact sensor data may be maintained in a log within storage in the electronic device. The liquid contact sensor data can be used to display information for a user of the electronic device or can be loaded onto external equipment for analysis.”

    该专利的核心思路是通过监测电极间电阻和电容的变化来判断液体是否存在。这属于通过物理量变化进行接触式测量的方法，也是苹果早期电子化液体检测方案的典型特征，可理解为直流（DC）检测方案。

2.2 苹果交流检测方案

    专利授权于2022年，苹果从简单的直流检测转向复杂的交流分析，摘自苹果申请专利 US20220329017A1 与授权专利 US11658443B2 部分原文“Liquid Detection and Corrosion Mitigation Daemon”如下：

    “... an impedance at the liquid-detect contact can be found using the amplitudes and relative phases of the stimulus voltage signal and the measured voltage signal. The magnitude and phase of the determined impedance can then be used to determine the presence of liquid at the liquid-detect contact.”

    摘自申请 US20220329017A1 部分原文如下：

        “... the transimpedance amplifier can generate a voltage signal that tracks or follows the stimulus voltage signal and can apply that tracking voltage signal through an impedance to the liquid-detect contact. A resulting current can flow through an input resistor and a feedback resistor of the transimpedance amplifier, thus generating a measured voltage signal. … The stimulus voltage signal and the measured voltage signal can be digitized using an analog-to-digital converter (ADC.)”

原文大意如下：

    可以利用刺激电压信号和测量电压信号的幅度和相对相位，来确定液体检测触点处的阻抗。随后，即可使用所确定的阻抗的幅值和相位，来判断液体检测触点处是否存在液体。

    跨阻放大器可以生成一个跟踪或跟随刺激电压信号的电压信号，并通过一个阻抗将该跟踪电压信号施加到液体检测触点。由此产生的电流会流过跨阻放大器的输入电阻和反馈电阻，从而生成一个测量电压信号。刺激电压信号和测量电压信号可以使用模数转换器（ADC）进行数字化处理。

    从网上查找苹果的专利来看，苹果的进液检测交流方案实测分析如下：

图6 苹果检测接口

    测量这两个PAD之间的波形，能测到百Hz量级的正弦波，然后传递到手机内部定制的芯片（定制芯片搜索不到信息）。由此推断苹果可能使用的是交流阻抗检测方案，类似于LCR表的阻抗测量方案，其原理是：

    首先由信号源发生一个固定频率和幅度的正弦波（交流信号），这个信号加到DUT（待测器件）上，产生电流流到虚地。再由于运放虚断（输入电流为零），所以流过DUT的电流完全流过RM，对RM两端的电压进行放大，便能得到I。再用另外一个运放测得u，根据欧姆定律z = u / i，即能得到DUT的阻抗。

图7 苹果相关交流检测方案

    如上文查找苹果的专利，亦能找到高度相关方案，佐证苹果的进液检测为交流方案。

图8 苹果检测方案参考图

3. 基本方案讨论：直流方案 VS 交流方案3.1 直流方案

    从直流方案说起。最简单的，万用表测量电阻就是基于直流方案。

图9 直流测量示意图

    如上图，万用表测量电阻，可以通过分压方案测出待测电阻，或者通过恒流源灌入待测电阻测出阻值。

    这种方案对付像电阻、导线这样的线性元件（遵循欧姆定律），没问题，可以测得很准。

    生活中的水是一种电解质溶液，含有各种离子（钙、镁、钠、氯离子等）。离子浓度越高，水的真实电阻率越低（导电性越好），导电性非常复杂，有如下两个效应导致测量结果不准确：

• 极化效应

  
  

    当直流电压加在浸入水中的电极上时，正极会聚集负离子，负极会聚集正离子（溶液中的正负离子会分别向带相反电荷的电极表面移动），在电极-溶液界面形成“双电层”（Electric Double Layer）结构，从而产生电极极化（Electrode Polarization）现象，形成所谓的“极化层”。这相当于在电路里串联了一个方向相反的自发电池。此外这个效应会随着测量时间变化，导致读数不稳定。当电极浸入电解质溶液中，这种极化效应会形成与待测溶液电阻串联的“极化阻抗”，引入显著的测量误差，是直流电导测量面临的核心难题。

• 电解作用

  
  

    直流电会使水发生电解，直流电通过水溶液时，如果电压超过水的分解电压（纯水约1.23 V），阳极发生氧化反应产生氧气，阴极发生还原反应产生氢气，导致气泡产生、电极表面改变以及溶液成分变化，这会改变电极的有效接触面积，严重干扰测量并污染样品，进一步导致电阻读数漂移和不准确。

    你可以用万用表测一下自来水，你会发现数据老是跳，那么你记录哪个值呢？此外你还会发现使用不同型号的万用表测量，结果还不一样。因为水不遵守欧姆定律，不同型号的万用表，在测量电阻时提供的测试电压和电流是不同的，极化效应不同，导致测出的电阻值不同。

    综上，用直流方案测水的阻抗，只能定性测量，定量的数据没有意义。

3.2 交流方案

    交流电（通常是正弦波）可以有效地消除直流电带来的极化效应和电解作用，从而测得水的真实电阻。

• 消除极化效应，交流电的方向在不断正负交替的阴/阳极过程避免极化积累，使得电极表面的离子来不及形成稳定的极化层，从而极大地削弱甚至消除了极化效应带来的巨大误差。这是交流法区别于直流法的本质特征——即使长时间施加激励信号，也不会导致电极表面状态发生不可逆的改变。

  
  

• 避免电解，交流电也不会导致水发生持续的电解反应，避免了气泡的产生和电极表面的改变。在交流电的正半周期，电极表面可能发生氧化反应；而在负半周期，反应方向完全逆转，之前生成的产物被消耗。由于反应在每个半周期内被反向过程“撤销”，净电解反应无法持续累积。

  
  

    直流法只能测量溶液的直流电阻（单一标量），而交流法可以测量整个复数阻抗，即Z = R + jX，其中：

R（电阻）：实部，代表溶液的本体电阻，主要取决于离子浓度（盐度、矿物质含量）。

X（电抗）：虚部，包含容抗（X_C = 1/ωC）和感抗（X_L = ωL），反映液体和电极界面的电容、电感特性。

    交流方案可以测量阻抗的矢量成分，不仅能测出阻抗的大小（|Z|），还能测出其相位角（θ），并能分解出电阻（R）和电抗（X） 两个分量。

    相位角θ= arctan(X/R)：反映系统是电容性主导（θ < 0，电流超前电压）还是电感性主导（θ > 0，电压超前电流），是液体性质的重要判据。

    在低频段（通常低于约10 Hz），电极极化效应会显著显现，但在中高频段（约100 Hz ~ 100 kHz），极化阻抗被交流信号有效抑制，可用于准确提取溶液电阻信息，这也就解释了前文所测到的苹果接口为什么正弦波是百Hz量级的。

    通过低频区阻抗谱特征得出，反映离子在溶液中的扩散过程动力学特性，从上面种种参数中进而可以反推液体样品的多种化学和物理性质。

    值得说明的是：并非所有交流电应用都能完全避免电解。在高压、高电流密度条件下，交流电同样可能通过电弧放电或热分解机制引起水的分解。在典型的EIS（频率阻抗谱，EIS是“准稳态”频率域测量）电导检测（如离子浓度）应用中，激励信号是小幅度（通常几毫伏至几十毫伏）、低电流密度的正弦波，这正是交流法能够安全工作的前提条件。

图10 阻抗Z

    不同液体拥有独特的“阻抗指纹”（EIS阻抗谱曲线），包含特征频率点和相位角分布，可结合机器学习进行识别。含有杂质的水可能会表现出一定的容性或感性，交流方案能提供更全面的信息，比如进入的液体是咖啡还是可乐等等。例如“Electrochemical impedance spectroscopy characterization of beverages”文章中的研究表明，EIS可以有效表征咖啡（研磨咖啡、速溶咖啡、咖啡替代品）、牛奶、茶、植物浸液等多种饮料，并可与标准化学分析结果进行对比验证。据此进一步开发了“Smart Cup”系统，可通过在杯子中安装电极测量液体的阻抗谱，实现了饮料种类识别和新鲜度检测。

    交流阻抗检测技术（EIS）的核心优势，使其成为水质监测、液体识别、工业过程控制等应用领域的优选技术方案。

Type-C进液检测手机移动产品采用交流方案的难点如下：

（1）信号干扰问题：手机内部电磁环境复杂，用于检测的交流信号本身非常微弱（通常是mV级别），极易被噪声淹没，检测电路必须具备极高的信噪比和优秀的滤波能力，能够准确提取出有效的测试信号。

（2）检测精度与灵敏度要求高：进液初期可能只有微量液体侵入，形成的阻抗变化非常微小。同时，不同类型的液体（自来水、汗水、饮料）其导电率差异巨大，导致的阻抗变化范围也很宽。检测电路必须能灵敏地捕捉到从几MΩ到几kΩ甚至更低的阻抗变化，并准确判断。需要高精度的ADC和稳定的参考电压源，确保在不同条件下判据的准确性，避免误报（没进液报警）或漏报（进液了没检测到）。

（3）功耗问题：进液检测需要持续或定期进行，以保证安全，降低功耗往往意味着降低检测频率或信号强度，这又可能无法及时检测到瞬时进液。

（4）环境因素影响：接口的阻抗特性会受温度、湿度、老化、氧化甚至灰尘积累等环境因素的影响而缓慢漂移。检测电路需要能将这种缓慢的漂移影响与突发的“进液事件”区分开。这也就要求算法上需要具备自学习和自适应能力，能够动态调整“预设参考阻抗”的阈值，或者建立更复杂的多参数判断模型（并非简单的单阈值比较）。

（5）小型化和高集成度要求：交流检测需额外的振荡电路、滤波器及信号处理单元，还需要软件算法等的支持，需要将这部分功能集成到现有的PMIC或专用的Type-C接口控制器中。

    当前手机厂商中苹果最新集成的有交流进液检测方案，目前部分产品上应用，三星集成的是直流方案，而集成进液检测的国产厂商少之又少（当前小米、oppo上那个弹窗是防烧口方案，防烧口方案后知后觉，不是真正的进液检测）。

    虽然集成了进液检测，但仍然要小心翼翼的对待含水的环境，任何检测方案精度都不能达到100%，有可能漏检测（进液了却不提示）或者误检测（没进液却提示进液）。又或者进液已使得端子内部生成铜绿，形成异物，去除不掉，不停的提示进液。

图11 iPhone接口进液弹窗提示

    手机进液后，切记不可充电，拔下充电器和数据线（水可能潜伏其中）。最好关机，把水甩干，或者用纤细的纸巾把液体一点点吸出来（也要小心纸巾残留在内部）。如果是海水/盐水，务必冲洗接口部分，洗去盐分再小心弄干，也不要用热风猛吹，以免节外生枝，这一点可以在产品手册中给用户说明。如上前三部分基于“夜枭手机网-西部电路：高通古早进液检测方案简介；棋高一着？苹果进液检测方案探讨”基础上补充增加，文末亦附有特别说明。

4.艾为水汽检测方案

    USB Type-C 2.4协议引入了 LPD (Liquid Presence Detection) 的概念，旨在通过对接口寄生的额外漏电路径检测和防护来确保用电设备的稳定性和安全性，其一般有以下几种实现思路：电压/电流监测在接口的电源引脚和地线之间，以及数据传输线之间，LPD系统会持续监测电压和电流的变化。如果出现异常的电流流动或电压偏差，可能表明存在因水汽入侵产生的等效漏电路径。阻抗、容抗分析除了电压和电流的监测，LPD技术还可以通过阻抗分析来判断接口的电气状态。湿气或水分渗透到接口的内部可能导致某些电气通路的阻抗、容抗变化，LPD能够通过精准的阻抗测量来检测这种变化。

    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。

    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：

（1）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。

（2）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。

4.1 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12 AW35613检测原理简化图

    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。AW35613的典型应用框图如下：

图13 AW35613的典型应用框图

4.2 第一代PD PHY——AW35615CSR基于PD PHY的CC端口解决方案

    该芯片累计出货近亿颗，并且以优异的性能进入MTK、展讯、ASR等多家公司的官方参考设计方案。

    如下为典型的水汽入侵等效电路示意：

图14 典型的水汽入侵等效电路示意

图15 Toggle波形示意1

图16 Toggle波形示意2

（1）当CC处于toggle状态时，CC pin电平在0到VDD电压间不断反转，如果CC通路存在水汽会导致微短路，这时候CC内部电阻加上微短路电阻和VBUS上的电容形成RC低通滤波器，将过滤CC上升沿和下降沿的高频分量，促使CC端的波形发生趋缓变化。

（2）在非电平主动反转过程中，如果电压处于中间电位会触发CC toggles中断。

（3）基于此，可以用timer来记录间隔单位时间内（比如2s），toggles中断是否到来，到来计数器加一，没有则清零。如果计数器加到50次，则认为触发水汽预警，这时将CC端设为纯SINK端口，并上报水汽事件给AP侧。

（4）AP侧可以重启CC端口DRP功能。

4.3 第二代PD-PHY——AW35615P/FCR基于PD PHY的CC端口解决方案

    在第一代基础上，艾为提高LPD检测精度及灵敏度，并推出第二代PD-PHY方案，内部集成拥有专利保护的硬件水汽检测电路。其原理如下：

    在水汽入侵之后，由于寄生低通滤波器的存在，CC端口电平的上升沿将变得异常缓慢，通过设置目标CC VOL电平以及达到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。

图17 检测波形示意1

图18 检测波形示意2

基于AW35615FCR水汽检测灵敏度实现方式：

（1）硬件滤波与阈值比较

    CC引脚内置可编程DAC（MDAC）和比较器，用于精确检测电压变化。通过寄存器（如MEASURE中的MDAC[5:0]）设置参考电压阈值，最小分辨率为42mV（CC测量模式）或420mV（VBUS测量模式）。通过灵活切换模式，AW35615可同时支持高精度的CC信号分析和宽范围的VBUS电压监控，适应不同应用场景的灵敏度需求。

图19 手册电压阈值配置

图20 功能框图

（2）灵敏度可配置参数

LPD检测时间窗口（LPD_CHK_TIM_SET寄存器）：

    通过CONTROL9寄存器（地址0x16）的LPD_CHK_TIM_SET[3:0]位配置检测时间间隔。值越大，灵敏度越高（更易触发进液中断），但需满足LPD_CHK_TIM_SET < tDFP（DFP状态时间）。

图21 LPD_CHK_TIM_SET[3:0]位配置

MEASURE寄存器（地址0x04）：

    MDAC[5:0]位设置DAC比较器阈值，最小分辨率42mV。

图22设置MDAC比较器阈值

唤醒检测阈值：

    通过WAKE_LOW（0.25V）和WAKE_HIGH（1.45V）电压阈值判断CC引脚状态变化，结合WAKE_EN位使能低功耗检测模式。

图23 WAKE_EN配置

    实际应用中，灵敏度需根据场景通过寄存器（如LPD_CHK_TIM_SET、MDAC）动态调整，平衡响应速度与误报风险。根据Type-c协议规定，端口的CC 引脚上面会周期性存在图中的一种电流，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。

图24 CC引脚电流

    因此，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），可以通过配置芯片进入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25 Wake mode简化图

    当配置芯片进入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。从而较好的解决DRP模式下设备的电腐蚀问题和进水检测。

4. 力芯微 OVP ET9545L

    力芯微推出一款大电流高精度湿度检测OVP ET9545L，一款高电流过压保护器（OVP），主要用于保护低压系统（如智能手机、平板等便携设备），解决输入电压过高、端口潮湿及充电线缆插入后的接触不稳等问题。它内部集成了一个低导通电阻的 N 沟道 MOSFET，并具备可调过压保护阈值、输入湿气检测、热关断保护等功能。

图26 ET9545L内部框图

图27 水汽检测框图

实现的主要功能：

（1）过压保护（OVP）

    当输入电压 VIN 超过设定阈值时，内部 FET 会在50ns（典型值）内快速关断，切断输出，防止后端电路受损。

    内部固定 OVLO 阈值为 6.8V。

    支持通过外部电阻分压调整 OVLO 阈值，公式为：

    其中典型值

（2）湿气检测（Moisture Detection）

    通过 MD 引脚检测 USB 接口等位置是否有水汽或短路。

    当 MD 引脚与 IN 或 GND 短路时，内部比较器检测到电压变化，FLAG  引脚输出高电平，系统可据此做出响应（如关闭电源或提示用户）。具备去抖动时间（典型值 100ms），防止误触发。

（3）热关断保护（Thermal Shutdown）

    当芯片结温超过 155 ℃时，内部 FET 关断。

    温度下降 20℃ 后自动恢复。

（4）欠压锁定（UVLO）

    当 VIN 低于 2.8V 时，芯片关闭输出；上升至 3.0V 时恢复。

（5）电源状态指示（FLAG）

    FLAG 引脚为开漏输出，用于指示：输入电压异常（OVP / UVLO），湿气检测触发等。

手册摘取如下：

图28 ET9545L Features

5. TI TPS25751&TPS26750

    TI没有Type-C专用进液检测芯片

    TI的策略是将进液检测作为PD控制器的附加功能（TPS25751/TPS26750）。

型号	定位	进液检测方式
TPS25751	USB PD控制器，集成电源开关	通过SBU引脚检测阻抗变化，支持腐蚀缓解
TPS26750	USB PD控制器，支持EPR（240W）	通过SBU引脚检测阻抗变化，支持腐蚀缓解

表1 TPS25751&TPS26750主要功能

图29 进液检测功能描述

    TPS25751&TPS26750进液检测功能详细解释：

图30 手册相关介绍

    TPS25751 利用 Type-C 连接器的 SBU1/SBU2 引脚进行液体检测和腐蚀缓解。

    当水或其他导电液体进入 Type-C 接口时，可能导致SBU引脚与其他引脚（如 VBUS、GND、CC 等）发生短路。芯片通过测量 SBU 引脚上的电压来判断是否有液体存在：

    正常状态下，SBU 引脚悬空或保持已知电平。

    液体短路会改变 SBU引脚的分压，ADC读取到异常电压后，固件判断为液体侵入。

    CC引脚：耐压高达26V，可防止因连接不兼容或有问题的设备（如故障充电器）导致的高压损坏。

    检测到液体后，芯片会自动禁用VBUS 和VCONN 电源路径，并可通过 FLAG 或 I²C 中断通知主机，防止腐蚀和短路损坏。

图31 TPS2571D PPS with Battery Charger

图32 TPS26750液体检测框图

    芯片内部使用 PMOS/NMOS 开关和电阻分压，将SBU引脚电压送到ADC 输入或 GPIO 进行测量。

OCP 实现：

（1）PP_5V 线路（5V/3A 源输出）

    从 PP5V 引脚向 VBUS 引脚输出 5V 电源（为 Type-C 端口供电）。

内置可编程限流电路，阈值可选：1.15A / 1.6A / 2.3A / 3.04A / 3.22A。

图33 ILIM5V相关配置

    当电流超过设定值，首先进入恒流模式（钳位），若持续时间超过 tLIM（约5ms），则开关关闭并进入错误恢复状态。

图34 手册PP_5V相关描述

（2）PP_CABLE 线路（VCONN 供电）

    从 PP5V 向 CC1/CC2 引脚供电，为线缆内的 E-Marker 芯片提供 VCONN。

图35 手册CC限流参数

    可编程短路电流限制：410mA / 600mA。

    当电流超过阈值，同样先钳位，持续过流则关闭开关。

图36 开关框图

TPS25751&TPS26750特点：

（2）功能支持

    两者都支持可编程电源 (PPS)、BC1.2、PD3.1充电协议、硬件级液体检测，并拥有 10 个可配置 GPIO 和 I2C 接口 。TI 为两者提供了统一的 Application Customization Tool图形化配置工具，简化了固件开发流程。

（2）应用场景区别

TPS25751 (100W)：适用于绝大多数消费电子产品，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑（如轻薄本）、移动电源、无人机等。100W的功率足以覆盖从手机到大多数轻薄型笔记本电脑的充电需求。由于功率高达 240W，内部无法集成如此大电流的开关管。需要通过 POWER_PATH_EN引脚来控制外部的、独立的DCDC转换器或功率开关管。这提供了设计的灵活性，但需要增加外部元件。

TPS26750 (240W)：专为高功率应用设计，例如高性能游戏笔记本、电动工具、显示器、一体机、智能家居中控、工业设备等。240W的EPR功率使其能够为功率需求巨大的设备供电。其“D”型号内部集成了一个支持20V/5A的双向MOSFET。这意味着对于100W的应用，它可以在片上完成绝大部分的功率路径管理，设计更简洁。

（3）选型

     如果产品设计功率 ≤ 100W，并且希望电路更简洁，TPS25751 是更直接、性价比更高的选择。特别是其 D 型号，非常适合构建 100W 的充电解决方案。

     如果产品需要支持 28V、36V 甚至 48V 的电压输出，以实现超过 100W 的功率，那么 TPS26750 是个不错的选择，需要外置一个合适的高压DCDC转换器（如TI的BQ25756）。

图37 TPS25751手册应用场景描述

6. 实际应用方案选择6.1 方案一：NTC温度监控

    NTC方案成本不高，本身需要搭配平台或外设如MCU的ADC接口，所占用资源也不高。但是，NTC不能作为唯一保护，一定要配合过流保护（OCP），形成“快慢结合”的双重防护。实际使用和设计时的注意点如下：

（1）PCB布局：

• NTC焊盘直接连到VBUS引脚附近的铜皮；

  
  

• 使用热过孔将热量从表层传导到内层或底层；

  
  

• 避免在NTC附近有大面积地平面形成散热。

  
  

    热传导路径：NTC必须安装在Type-C连接器附近，但连接器本身是金属+塑料结构，热传导路径并不理想。

    热阻问题：NTC感知的是PCB铜箔或空气温度，而Type-C接口真正的发热点可能在：VBUS引脚与PCB焊盘接触处；连接器内部金属弹片与插头接触处，这些位置与NTC之间可能隔着塑料外壳、空气间隙。

    比如，当连接器内部温度已到80°C时，距离2mm的NTC可能只测到60°C，存在10~20°C的温度滞后，可能错过保护时机。所以可以进行如下优化：

• 将NTC尽量靠近VBUS引脚焊盘（而非连接器外壳）；

  
  

• 使用0402或0201封装的NTC，直接贴在热量集中的铜皮上；

  
  

• 设计时通过热仿真或实际测试验证温差；

  
  

（2）响应速度

    通常的NTC的热时间常数通常在1~3,3~10秒之间，取决于封装大小和安装方式。实际会带来的影响比如，当Type-C接口发生瞬时异常接触（如插头未插紧导致大电流火花）时，温度可能在几百毫秒内急剧上升，但NTC需要几秒钟才能反应过来，等检测到温度超标时，连接器可能已经发生了物理损伤。

    因此，不能仅依赖NTC做唯一安全保护，需要结合过流保护作为第一道防线（响应时间微秒级）。NTC主要是作为持续的过温保护，防止长期大电流导致的积累性过热。

（3）精度与校准

    NTC本身是热敏电阻，其阻值与温度的关系是非线性的，且存在批次差异，ADC参考电压精度，如MCU内部ADC的参考电压漂移也会引入误差。如此，需要使用高精度NTC（±1% B值），分压电阻选用0.5%或1%精度确保NTC工作电流 < 100μA（通过选择合适的下拉电阻）。量产还需进行单点校准或在软件中做查表补偿。

（4）软件：

• 软件需要实现温差检测（系统需要硬件有环境温度传感器）；

  
  

• 加入防抖和滞后逻辑，根据设备状态（充放电/空闲）动态调整阈值也就是需要设计温度滞后区间（如触发阈值85°C，恢复阈值75°C）。

  
  

    需要防抖处理：温度读数会有噪声，需要软件滤波（平均、中值等），否则可能误触发；

    需要滞后逻辑：避免温度在阈值附近频繁跳变导致开关振荡；

    需要故障处理流程：触发过热后，系统需要决定降功率、关机还是报警等。

（5）环境温度影响

    NTC测量的是绝对温度，而不是温升。如果设备在高温环境下工作（如车内、户外），环境温度可能已达50°C。此时即使Type-C接口只有少量发热，NTC也可能误判为过热。反之，在寒冷环境下，接口过热可能被低估。

    所以，如果系统有板载温度传感器，可以在软件中用温差法判断：

    测量环境温度（远离发热源），当“Type-C接口温度-环境温度”> “设定阈值（如30℃）”时触发保护。软件上也可以根据环境温度动态调整保护阈值，需要注意：所有都需要根据实际应用具体调试。

    如下推荐几款适用于小型移动设备的板载温度传感器：

型号	核心 优势	精度	接口	小型封装 & 尺寸	典型应用
TI TMP118	极致 小巧	±0.1°C (最大)	I²C/SMBus	PicoStar™                  0.55×0.61×0.24 mm	空间极度受限的设备
ams OSRAM AS6223	极致 小巧	±0.09°C (最大)	I²C	WLCSP                  0.82×0.82×0.355 mm	可穿戴设备，医疗级测温
TI TMP117	医疗级精度	±0.1°C (最大)	I²C/SMBus	WSON/DFN (6)                  2.5×2.5 mm	医疗电子，高精度仪表
ADI MAX30207	单总线兼容	±0.1°C	1-Wire	LGA                  2×2×0.75 mm	兼容DS18B20的单总线系统
TI TMP1075	通用 易用	±1°C	I²C/SMBus	SOT-563                  1.6×1.6 mm	通用温度监测，电池管理
TI TMP112	通用 易用	±0.5°C	I²C/SMBus	SOT-563 / X2SON                  1.6×1.2 mm	移动设备，热管理

表2 推荐的板载温度传感器

6.2 方案二：力芯微ET9545L

    ET9545L的MD引脚是专用湿度检测输入，可直接检测MD与IN或GND之间的短路，检测到水分至FLAG拉高，响应时间仅1ms。FLAG引脚可直接触发中断，通知主控或直接关断VBUS，ET9545L方案的进液检测更快、更可靠。

• ET9545L内置OVP，响应时间50ns（典型值）；
  
  

• 支持28V耐压，OVLO阈值可调（内部默认6.8V）；
  
  

• 内置±80V浪涌保护，可抵御端口瞬态高压。
  
  

    ET9545L只有芯片内部的热关断（155℃触发，20℃迟滞），无法监控Type-C接口本身的温度。

图38 ET9545典型应用框图

6.3 方案三：NTC + AW35613 方案

    NTC可精确测量Type-C接口/VBUS区域的温度，通过主控ADC采样，可设置多级保护阈值（如85℃降功率、105℃关断）。但是AW35613没有OVP功能，如果VBUS出现高压，会直接冲击后端芯片和主控，需要额外增加OVP芯片，且NTC方案需要搭配额外的板级温控传感器。

图39 AW35613典型应用框图

6.4 方案四：艾为AW35615

    如艾为AW35615通过CC引脚电平变化间接检测进液，水汽导致CC引脚对地或对VBUS产生漏电路径时，电压偏离触发WAKE中断，响应速度取决于软件轮询周期，通常几十到几百毫秒。

图40 AW35615典型应用框图

6.5 方案五：TPS25751&TPS26750方案

    以TPS25751，TI除了支持PD快充协议、进液检测功能外，还外集成了电源路径的全面保护功能。这包括反向电流保护 (RCP)、欠压保护 (UVP)、过压保护 (OVP)，以及专门的限流保护 (ILIM)，可在发生过流时保护开关和后级电路并且提供了非常全面、多层次的硬件保护机制，旨在保障其自身、连接的设备以及整个USB-C端口的安全，当然价格方面也并不便宜。

7. 特别说明

    实际工程应用中除了考虑如上硬件电路方案外，还需从比如实际需求、产品类型、应用场景、结构设计、Type-c选型、Type-C座子材料、器件采购、量产能力等等方面考虑。

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相关引用出处

1.TI：TPS26750 USB Type-C® and USB PD Controller With Integrated Power Switches；

2.TI：TPS25751 USB Type-C® and USB PD Controller with Integrated Power Switches；

3.西部电路：高通古早进液检测方案简介；

4.西部电路：棋高一着？苹果进液检测方案探讨；

5.Awinic：【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；

6.Awinic：Awinic-DS_AW35615CSR_EN_V1.7；

7.ETEK：ETEK-ET9545L；

8.ScienceDirect：Electrochemical impedance spectroscopy characterization of beverages；

9.苹果专利摘要：Electronic device with liquid contact sensors.

10. 苹果专利摘要：Liquid detection and corrosion mitigation.