月份：2024年9月

在科学探索的前沿，电化学感知是一种不可或缺且适应性强的工具，影响着各行各业。从生命科学、环境科学到工业材料和食品加工，量化化学物质的能力可以对事物拥有更深入的了解，进而提高安全性、效率和认知。

在这个先进的互联技术时代，低功耗、高精度电化学传感器的重要性怎么强调都不为过。在我们的家中，通过互联设备，我们能为植物监测空气、水和土壤的质量。在工业领域，需求甚至更大。智能医疗设备（包括可穿戴设备）通过实时连续监测病人在医疗机构内外的生命体征，从而改善对疾病的了解并提升护理质量，将医疗保健带入21世纪。

同样，随着工业4.0 在制造业和工业自动化领域的广泛应用，许多行业都部署了大量感知节点网络，以提高效率和安全性。传感器可以监测各种工业流程中产生的有毒气体，并在工业设备中启用反馈系统。在食品加工过程中，对变质和过敏源物质的检测至关重要–电化学传感器可帮助实现烹饪前口味验证、pH 值报告和组胺检测的自动化。

无论是监测糖尿病患者的血糖水平、评估环境污染物、确保食品安全，还是从原子层面描述材料特性，电化学传感器都在推动科技进步和提高我们的生活质量方面发挥着举足轻重的作用。

在本文中，我们将探讨支持电化学感知的原理、有效实现传感器性能的要求、模拟前端(AFE)器件如何成为电流测量和分析的桥梁，并深入探讨这些传感器在医疗、环境、食品和材料科学应用中的具体应用案例。

了解电化学测量和传感器的要求

电子工程中电化学传感器的典型设置包括一个三电极系统，这种布置方式在许多其他类型的传感器中都能见到

传感器内有一种基底表面材料，可作为传感电极的保护层。这种材料的主要功能是调节能够进入电极表面的分子数量，并过滤掉任何可能影响传感器精度的不良颗粒。

传感器的核心由三个主要部分组成。工作电极(WE) 是发生电化学反应的地方。当微粒撞击工作电极时，就会发生氧化（失去电子）还原（获得电子）反应，从而导致电子流动并产生电流。在工作电极上保持恒定的电位至关重要，因为这样才能准确测量氧化还原反应产生的电流
对电极（CE）提供足够的电流来平衡工作电极（WE）上发生的氧化还原反应，从而形成互补对。参比电极(RE) 用于测量工作电极（WE）的电位，并提供反馈以建立对电极（CE）电压。

在电化学传感器中，高边电阻是一个应该尽量减少的不利因素，这可以通过将参比电极（RE）靠近工作电极（WE）来实现。流过低边电阻的电流表示电化学测量的输出，可用于推导传感器的输出电压。

传感器的要求

无论是用于消费、医疗还是工业应用，电化学传感器都必须满足设计人员设定的一系列关键技术要求。高精度和低噪声等因素不言而喻，除此之外，电化学传感器还必须能够进行简单的校准，以满足广泛的应用需求——因为封装或使用方式可能会立即或随着时间的推移影响校准。

此外，由于许多电化学传感器被部署在便携式或低功耗解决方案中，例如可穿戴医疗技术或工业技术节点，因此需要解决一系列封装要求。工程师需要具有低功耗运行特性的解决方案，以支持电池供电的应用，并且要求这些解决方案体积小巧、灵活，以便支持多种传感器配置和轻松的系统集成。智能预处理也是许多工程师关注的重要功能，因为它可以实现更复杂的校准和噪声过滤，从而支持更准确的数据传输。

科学领域的常见传感器应用

电化学传感器在生命科学和医疗保健领域有着广泛的应用，包括检测血液中的酒精含量和实现连续血糖监测（CGM）–这是糖尿病管理的一个重要组成部分，全世界每11 人中就有1 人患有糖尿病这种慢性疾病[1]。预计CGM 设备市场在2023 年至2032 年期间的复合年增长率(CAGR) 将达到9%[2]。

安森美（onsemi）的CEM102 面向最新的临床和便携式医疗设备，是一款先进的微型模拟前端（AFE），专为电化学电流的高精度测量而设计。具有高效灵活的运行功耗：在禁用模式下，功耗仅为50 nA；在传感器偏置模式下为2 uA；在18 位ADC 连续转换的主动测量模式下为3.5 uA，并支持1.3 – 1.65 V 和2.375 – 3.6 V 两种电池选择。这意味着仅用3mAh电池即可实现市场领先的14天运行时间。CEM102 支持1 至4 个电极，其1.884 x 1.848 mm的紧凑封装使产品体积更小，电池寿命更长，非常适合物联网应用。超低功耗、灵活配置和小巧尺寸的结合使其成为电化学传感器应用的理想解决方案。

除医学科学外，电化学传感器还是工业应用中检测有毒气体，或在环境应用中测量污染和空气质量的理想选择。它们利用目标气体与电极之间的化学反应，产生与特定气体浓度成比例的电流。20mm 电化学传感器应用广泛，可用于测量多种有毒气体，包括一氧化碳、硫化氢、氮氧化物和硫，并支持简单的“即插即用”更换。这些传感器的应用多种多样，从城市环境中的空气质量传感器到监测植物生长的智能农业应用，不一而足。

同样，电化学传感器（如电位计或腐蚀传感器）在实验室、采矿作业和材料生产等环境中也至关重要。它们作为在生产系统中提供反馈和管理有害物质的重要工具，确保操作的安全性。

为了提高产量和生产效率，食品生产也开始使用电化学传感器。在这里，手持便携式设备和大型自动化设备都被用于食品质量控制，以确保口感并识别变质、过敏源或有害化学物质。

安森美电化学测量解决方案

基于电化学测量的传感器已经广泛供货，安森美深知其蕴含的潜力。从医疗保健和血糖监测到更广泛的环境应用，安森美提供的完整解决方案旨在提高可穿戴设备和便携式医疗设备的可靠性和准确性，并改善用户体验。

该解决方案结合了用于连续电化学测量的CEM102 AFE和安森美的智能RSL15——业内超低功耗的支持蓝牙低功耗5.2技术的微控制器。

这两个元器件的无缝集成和高效协作，加上其紧凑的尺寸和业界领先的能效，在缩小设备尺寸和确保其持久功能方面发挥了至关重要的作用，而这正是电池供电解决方案的一个重要的因素。

该解决方案获固件、软件等全方位的开发支持，包括iOS®和Android™演示应用程序。此外，安森美还提供CEM102评估板，配备完整示例代码用于设置和进行测量，从而更轻松地开始系统开发。这一综合解决方案旨在简化开发，促进新一代电流型传感器技术的更大程度集成和创新。

在运行过程中，CEM102的功能是将传感器网络连接到数字处理系统。它负责通过向电极施加必要的信号来调节传感器，确保从传感器网络获得准确的测量数据，而RSL15则负责将传感器连接到无线低功耗蓝牙（BLE）网络。

与单独的解决方案相比，安森美的组合解决方案具有更高的精度、更低的噪声和功耗。此外，它还简化了物料清单（BoM），提高了配置灵活性，易于校准，并降低了制造复杂性，从而减少了开发资源的投入。

促进科学研究

电化学传感器提供的精确测量是推动科技发展的关键因素。通过仔细检查血糖水平等因素，研究人员可以获得对糖尿病等慢性疾病更深入的认识。这些知识可以增进我们对这些疾病的了解，加速创新，最终惠及全球大量人口。

对于最终用户而言，通过利用像安森美的CEM102 + RSL15 这样的解决方案的优势，可以开发出体积更小、连接性更好、使用寿命更长且更经济的边缘计算设备，同时与依赖连续血糖监测（CGM）的患者信息无缝地集成。这将使设计人员能够创造出具有更大影响力的解决方案，因为这些解决方案能够帮助用户更有效地管理葡萄糖摄入量，最大限度地降低与糖尿病相关的风险，并更全面地了解自己的健康状况。

此外，安森美及其电化学解决方案还提供了与学术机构和研究实验室合作的机会，营造了有利于严格探索和实验的环境。通过此类合作努力，研究人员能够推动创新，拓展科学认知的前沿。

结语

随着电子技术的不断发展，企业需要开拓性的解决方案，这些方案不仅需要重新定义期望值，还要缩短上市时间并提高灵活性，从而为新应用提供空间。安森美的CEM102+RSL15组合解决方案助力企业实现这一目标，为企业带来的不仅是竞争优势，更重要的是改善他人福祉的机会。

从远程医疗到环境监测以及工业安全，电化学传感器的应用多种多样，对社会产生了重大影响。然而，其应用潜力远远超出了当前的应用范围。通过生产支持和合作，电化学传感器可以为推动医学领域及其他领域的研究和增进认知做出贡献。随着智能技术的不断发展，以及人工智能和机器学习等辅助技术的进步，电化学传感器对我们生活的影响将不断增强，催生新的创新，并有效解决许多长期存在的全球性挑战。

在工业4.0时代，工业自动化设备越来越朝着轻量化、集成化、高效节能的方向发展。伺服电机作为自动化设备的关键组件之一，也需要在性能、体积、功率等方面有更优异表现。高创SERVOTRONIX全新推出PH3系列伺服电机，以先进的永磁技术和强大的性能表现，助力不同领域的工业客户解锁智造潜能，为工业自动化带来更高效、更智能的驱动解决方案。

为了能更精准地对接不同行业的细分化需求，PH3系列伺服电机为客户提供高性价比和高性能两款机型选择。高性价比款标配 20bit 单圈/多圈绝对值磁编，重复定位精度50角秒，更符合部分用户对高性价比的追求。高性能款标配 23bit 多圈绝对值光学编码器，重复定位精度 20角秒，更好地满足部分行业对性能的高需求。同时还新增 600W 机型，可以为原400W 应用工况的设备升级提供更为澎湃的动力源。

在全球制造业日益强调节能减排的大背景下，如何通过推动技术升级、更新改造用能设备来实现更低的能耗成了各领域企业关心的重点。PH3系列伺服电机以高能效著称，可达一级能效标准，具有更低的运行成本和更好的环保性能，帮助客户更好地达成节能降耗成效。

对于伺服电机来说，越紧凑的设计、越小巧的体积意味着部署更加灵活，可以更好地适应小批量、多品种的柔性制造。PH3系列伺服电机相对前代，机身长度大幅缩短，400W标准款仅 85mm总长，更好满足狭小空间下紧凑型电机的需求，显著提升了设备集成效率。

过载性能一直是伺服电机的核心性能指标。在相同条件下，PH3 400W高速中惯量电机将过载能力提升至3.77倍，比市场主流产品高出7%。同时最高转速达到7000r/min，提升了14%，并且在高速下仍能保持2倍的瞬时过载能力，为生产力的提升注入了强大的动力支持。

在稳定性方面，PH3也有十分惊艳的表现。PH3采用F级绝缘系统，连续工作时机壳表面温升不超过60K，远低于绝缘系统的最高耐温限制，在各种环境下可以保持高效稳定运行，为精密设备如3C、半导体等行业提供了可靠的动力方案。通过齿轭分离技术、高精度旋转编码器以及优化的磁路设计，PH3齿槽转矩控制在1%以内，转速波动大幅降低，运行噪音达到了国标E级水平，确保设备运行更加丝滑平稳。

为了更好地适应不同行业的复杂工况，PH3还采用了全新设计的快插型电气接口，走线更灵活；电机外壳包含电气接口部分，防护等级达到IP67级别，在污染等级更高、湿度更高的场景下依然可以安全可靠运行。同时，全系产品均获得UL、UKCA、CE等国际认证，为全球用户提供无忧的保障。

0制造业数字化转型升级正在加速，PH3系列伺服电机凭借高效紧凑的

设计、丰富的配置选择以及卓越的性能优势，为高质量发展注入新动能。PH3系列伺服电机不仅是高创37年技术沉淀的成果，更是高创助力实现精益生产和保障可持续发展的承诺。在未来，高创也将为更多领域的客户带来更加高效精准的运动解决方案，共同开启智能制造的新纪元。

摘要：在现代汽车和工业应用中，可靠性至关重要。从汽车区域控制器，到工业应用中的计算机数控等产品，无论最终产品是简单还是复杂，如果不能保证可靠性，就很可能损害制造商的声誉。此外，还需要考虑保修维修的成本，甚至是召回产品的成本。然而，电子电路总归都会出现故障，可能是由于外部影响，也可能是由于组件随时间推移性能下降而引起。因此，根据良好的设计实践，建议采用电路保护器件，以确保将故障的影响降至最低。本文介绍了标准电路保护器件的局限性，以及如何利用电子保险丝改进设计。

最常见（且成本最低）的电路保护形式就是普通的保险丝。此类保险丝通常基于熔点温度较低的金属丝或薄金属带。保险丝通常被插入电源供电线路中，超过额定电流时，保险丝中产生的热量会使金属丝/金属带熔断，从而使电路与电源断开连接。

这种断开通常不是瞬时的，保险丝“熔断”所需的时间与故障电流大小成反比。如果电流仅略高于保险丝额定值，它可能会继续通过一段时间，从而影响供电轨，导致电路故障或损坏。

保险丝的使用并不方便；一旦保险丝熔断，就需要更换（通常需要由用户进行更换）。如果用户（无意或故意）使用了错误的额定值，则会构成火灾风险。

对于电路保护，还可以使用其他器件，如正温度系数 (PTC) 热敏电阻。这些安装在 PCB 上的器件电阻会随着温度升高而增加，从而限制电流流动。只要过电流不过大（否则 PTC 热敏电阻将变为开路），随着电流的减小，温度将会下降，并恢复正常运行。

虽然不再需要更换保险丝，但 PTC 热敏电阻是非线性的，而且鉴于其工作原理，不适用于宽温度范围的应用。

电子保险丝

电子保险丝（也称 eFuses，此术语由安森美 (onsemi) 在首次推出此类器件时创造）是当今提供基本的电路保护功能以及许多附加功能的一种替代方案。通常，它们能够提供过流（包括短路）、过压、反向电流和过热保护。

尽管这些创新器件有许多应用领域，但它们通常用于热插拔情况，或者经常出现电源故障的场景。此外，还可用于极有可能发生负载故障的应用，或需要限制浪涌电流的系统。

使能引脚与高精度电流控制机制相结合，使该器件融合了负载开关和保险丝的功能，成为现代配电架构中负载点控制系统的基本构建模块。

电子保险丝的主要优势在于灵活性和自动复位功能，无需用户进行干预。作为智能器件，这些额外特性使电子保险丝能够在系统中实现更多功能，而不仅限于过压/过流保护（电子保险丝在这些方面表现出色）。

例如，许多电子保险丝都包括power good（“PGOOD”）引脚，可以与系统控制器配合使用，精确地按序导通供电轨。一些电子保险丝还包括三态引脚，可用于确保同时导通和关断多个供电轨。

电子保险丝能够检测反向电流（传统保险丝无法实现），因此在需要 ORing 的冗余电源应用中非常有用。此外，也适用于在系统关断后需要大容量电容保持电荷的情况，通常用于限制启动时的浪涌电流。

在许多应用中，电容（或容性负载）可能会带来挑战，导致较大的浪涌电流，从而可能损坏元件或 PCB 线路。电子保险丝可以提供多种功能来帮助设计人员解决这一问题，例如自恢复或限制浪涌电流，使电容以受控方式充电。

作为智能器件，电子保险丝可以监测温度、电压和电流，并将数据传递给系统控制器。这在检测故障早期预警信号时尤为有用。

汽车应用中的电子保险丝

随着汽车中融合越来越多的技术，为确保可靠运行和防止损坏，对于电路保护的需求也随之增加。电路保护在汽车中尤为重要，因为电池的电流能力足以破坏精密的电子元件。

电子保险丝通常用于子系统（例如抬头显示器或信息娱乐系统）的电力线中，以便在发生故障时断开和关闭这些系统。

在部分位于车辆外部的系统中，外部元件损坏可能会导致短路，从而损坏内部电路。例如车载资讯系统，其外部 LNA 和 GPS 天线通过电子保险丝连接，以保护车内电路。

如果将车辆系统划分为不同区域，则可以在系统内级联电子保险丝，提供整体保护以及子系统保护。

例如，在先进驾驶辅助系统 (ADAS) 域控制器中，可以在电源和主系统之间连接主保险丝，而次级保险丝可以用于保护系统外设，如外部安装的超声波停车辅助传感器单元。

现代汽车中的线束是一个复杂的子系统。一旦车辆组装完成，线束的更换成本高且操作困难，因此保护至关重要。线束连接着许多耗电设备（风扇、车窗电机、空调、其他执行器）。通常在这些系统前会使用保险丝，从而保护线束免受过大电流的影响。

最新电子保险丝技术示例

安森美 NIV(S)3071 是一款 60 VDC、65 VTR的电子保险丝，将四个独立通道集成到单个 5.0 mm x 6.0 mm 封装中，每个通道可支持高达 2.5 A 的连续电流（共 10 A）。每个通道的 RDSon值仅为 80 mΩ，确保将电子保险丝内的能耗降至更低水平。

所有通道都具备可配置电流限制，其他功能包括输出电压箝位、指示故障的数字标志、可配置的电流跳闸时间以及固定的 1 ms 软启动。

NIV3071 能够在 -40ºC 到 +150ºC 的结温 (TJ) 范围内工作，并提供 2 kV 的 ESD 保护，非常适用于要求苛刻的汽车应用，包括 12 V 和 48 V。

NIV(S)4461 是一款电子保险丝，可在工业自动化、电信、计算等应用中提供过流、欠压和浪涌电流保护。该器件可支持高达 360 V 电压，以及高达 4.2 A 的连续电流。

该器件的显著特点包括低电阻（典型RDSon= 39 mΩ）和快速跳闸时间。该器件还包括可编程电流限制(21-157A)、欠压和可调转换速率控制。用户可配置的功能包括闩锁和自恢复。

NIV(S)4461 采用DFNN1024封装，尺寸仅为3.0 mm x 3.0 mm。它采用行业标准引脚布局，符合UL2367 和IEC62368 标准。

总结

电路保护是现代设计的重要组成部分，能够确保电路和系统可靠性，并在发生故障或意外情况时最大程度地减少损坏。

尽管传统保险丝提供了一定程度的保护，但现代电子保险丝具备更高的精度、更大的灵活性和更丰富的功能，显著提高了保护水平。