【導讀】先進科技正飛速發展，電化學傳感器的應用也越來越廣泛，其重要性與日俱增。在醫療、環境科學、工業材料及食品加工等眾多不同領域，對化學物質進行量化分析可以有效改進安全性、效率，并提高對化學成分的認知水平。將傳感功能與低功耗模擬前端 (AFE) 器件和 Bluetooth? Low Energy（藍牙低功耗）技術相結合，可以進一步增強傳感方案的有效性。
先進科技正飛速發展，電化學傳感器的應用也越來越廣泛，其重要性與日俱增。在醫療、環境科學、工業材料及食品加工等眾多不同領域，對化學物質進行量化分析可以有效改進安全性、效率，并提高對化學成分的認知水平。將傳感功能與低功耗模擬前端 (AFE) 器件和 Bluetooth? Low Energy（藍牙低功耗）技術相結合，可以進一步增強傳感方案的有效性。
互連電化學傳感器的潛力巨大，有望提高科學認知，并改善我們的生活質量。在當今世界，傳感器方案無處不在，比如用于監測糖尿病患者血糖水平的可穿戴設備、可評估環境污染物的氣體探測器、用于提高食品安全的組胺傳感器，以及工業環境中不可或缺的恒電位儀或腐蝕傳感器。
圖 1：安森美（onsemi）的 CEM102＋RSL15 平臺將電化學傳感技術擴展到智能醫療和環境科學領域
電化學傳感器的典型組成
在電子工程中，電化學傳感器的典型設置包含了三電極系統（圖 2）。
圖 2：左圖直觀地展示了典型電化學傳感器（市售），右圖為氧化還原反應
傳感器的核心包括工作電極、對電極和參比電極三個部分（見圖 2）。工作電極 (WE) 是發生電化學反應的元件，可引發電子流動并產生電流。對電極 (CE) 用于平衡 WE 的氧化還原反應，以實現準確傳感；而參比電極 (RE) 則用于測量 WE 電位，并為 CE 電壓提供反饋。
最后，WE 產生的電流轉換成電壓。借助額外的數字處理和無線通信技術，我們可以構建更強大的互聯方案，助您深入了解周圍的環境以及自己的身體。
電化學傳感器可廣泛應用于醫療、食品監測領域
電化學傳感器對于許多遠程患者監護應用非常關鍵。就比如糖尿病，這是一種慢性疾病，全球每 11 人中就有 1 人罹患糖尿病，而連續性血糖監測 (CGM) 是糖尿病管理的重要組成部分。預計 2023 年至 2032 年期間，CGM 設備市場將以 9% 的復合年增長率 (CAGR) 增長。
在空氣污染/空氣質量測量等環境檢測應用中，常常使用電化學傳感器來檢測一氧化碳、硫化氫、氮氧化物和硫氧化物等氣體。在食品生產領域，工廠利用手持便攜式設備和大型自動化電化學檢測方案來保障食品生產，確保食品美味可口，并且無過敏原和有害化學成分。
AFE 器件與電化學傳感器配合使用可實現準確測量，這既能保障順利推進醫療和工業流程，而且有助于增進科學知識。例如，可穿戴或便攜式醫療設備可以持續遠程監測血糖水平，為研究人員帶來珍貴的洞察信息，從而加速創新發展，造福全球人民。
安森美的電化學測量方案
安森美近期發布了 CEM102，這是一款先進的微型 AFE，可高精度測量電化學信息和安培電流。CEM102 設計為與 RSL15 藍牙 5.2 認證無線微控制器配合使用，后者采用安全的藍牙低功耗技術，功耗非常低。二者的結合讓設計人員能夠為傳感應用開發出精度更高、功耗更低、外形更緊湊的設備。
圖 3：安森美的 CEM102 AFE＋RSL15 組合方案可提供高精度電化學測量結果和無線通信
與單獨的方案相比，安森美的 CEM102＋RSL15 組合方案精度更高、噪聲更小且功耗更低。組合方案能簡化物料單 (BoM) 并提高配置靈活性，最終釋放更多開發資源。更重要的是，該方案的靈活性使其不僅適用于基于電化學測量的傳感器，還能用于需準確測量小電流的多種傳感器。
CEM102＋RSL15 平臺支持 1.3 V - 1.65 V 和 2.375 V - 3.6V 兩種電池選擇。在主動測量模式和 18 位 ADC 連續轉換下，該平臺僅消耗 3.5 uA 電流。也就是說，僅需使用 3 mAh 電池便能長效續航達 14 天，市場表現十分優異。
憑借 1.884×1.848 mm 的緊湊封裝及能夠使用 1 至 4 個電極進行操作的特性，它有助于打造尺寸更小、效率更高的可穿戴醫療監護方案，進一步改善用戶體驗。
為了簡化開發工作，CEM102＋RSL15 平臺提供先進的硬件、廣泛的開發支持、固件、軟件和 IOS、Android? 演示應用，便于跨多個傳感器進行持續監測（圖 4）。
圖 4：安森美專為 CEM102 評估板而設計的演示應用
各種準確檢測和測量化學電流的技術為新的科學進步打開了大門。憑借小巧外形和超低功耗，這個組合方案可進一步縮小所有終端應用的尺寸并延長其電池續航時間。CEM102 和 RSL15 平臺提供的方案可幫助工程師為醫療監護等應用領域打造外形緊湊、性能靈活且價格合理的互聯產品。比如血糖監測相關設備，從而幫助病患有效調節血糖、降低糖尿病相關風險并更好地融入我們的生活。
電化學傳感器廣泛應用于醫療、環境監測和工業安全領域，在促進社會發展的過程中發揮著至關重要的作用。這項技術的潛力遠遠超出了目前的應用范圍，安森美的這樣的尖端平臺也必將能大幅推動科學研究發展，進一步發掘出更多嶄新應用場景。
（文章來源：安森美，本文作者：安森美（onsemi）模擬與混合信號部（AMG）產品市場工程師Hideo Kondo）
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