安森美电化学传感与无线传输解决方案助力远程医疗

电化学传感技术与远程医疗监控提供更好的患者护理质量

在当今先进的技术时代，电化学传感器的普及和重要性正在迅速增长，量化化学物质可提高医学和环境科学、工业材料和食品加工等不同领域的安全性、效率和认知。当您将这种传感能力与低功耗模拟前端（AFE）器件和低功耗蓝牙技术相结合，并搭配物联网技术进行远程监控时，可以进一步提高这些解决方案的有效性。本文将为您介绍电化学传感器的设计原理，以及结合远程医疗监控应用的发展，还有安森美（onsemi）所推出的相关解决方案。

 

电化学传感器可促进科学理解

并提高生活质量

 

联网的电化学传感器将可促进科学理解并提高我们的生活质量，诸如监测糖尿病患者血糖水平的可穿戴设备、用于评估环境污染物的气体检测器、用于改善食品安全的组胺传感器，或是工业恒电位仪与腐蚀传感器等解决方案，都在现代世界中发挥着至关重要的作用。

电子工程中电化学传感器的典型设置涉及三电极系统，传感器的核心包含三个主要部分，其中的工作电极（WE）是发生电化学反应的地方，从而产生电子流动和电流。对应电极（CE）平衡工作电极处的氧化还原反应以实现精确感应，而参比电极（RE）测量工作电极的电位，并为对应电极的电压提供反馈。最后，工作电极产生的电流被转换成电压。通过额外的数字处理和无线通信，可以构建强大的连接解决方案，从而洞察我们周围的环境，以及我们自己的身体状况。

电化学传感器在许多远程患者监测应用中至关重要，例如连续血糖监测（CGM）是糖尿病管理的重要组成部分，糖尿病是一种影响全球1/11人的慢性疾病。CGM设备市场预计将从2023年到2032年以9%的复合年增长率（CAGR）增长。

在环境设置中，包括空气污染／质量测量等应用，电化学传感器可用于检测包括一氧化碳、硫化氢和氮氧化物和硫氧化物在内的气体。而在食品生产中，手持式便携式设备和更大的自动电化学检测解决方案，用于确保味道是否正常，以及有没有过敏原或有害化学物质。

AFE器件与电化学传感器的配对可实现精确测量，不仅对医疗保健和工业过程至关重要，而且还有助于我们推进科学知识。例如，可穿戴或便携式医疗设备可以持续远程监测血糖水平，为研究人员提供前所未有的洞察力，从而加速创新并造福全球人类。

远程监控提供更便利的患者护理服务

随着人口老龄化，我们越来越关注自己的健康和福利，医疗保健专业人员面临着越来越大的诊断、监控和治疗压力。到目前为止，接受诊断或持续监测病情仍需要前往医生办公室、诊所或医院等医疗机构。然而，对于人们忙碌的生活来说，在时间与交通上，并不是那么方便，尤其是对于需要长期监测而言，更是一项负担。

联网便携式监视器等现代技术正在迅速改变这种情况。现在无需前往医疗机构即可进行简单、非侵入式的监测。事实上，一些高度便携的设备可以在患者正常生活的同时记录关键的医疗信息，这除了可减轻医疗机构的压力外，这项技术的应用还降低了成本，并为那些必须依据病情来决定是否亲自就诊的患者，释放了医院的负荷量。

在许多较不发达地区，可能没有合适的医疗机构可供就诊，或者现有的医疗机构已经人满为患。在这些地方，远程监控可能是获得改变人生的诊断结果的唯一可行方法。远程监控使患者能够在自己舒适安全的家中就医，也减少了患者到医院与其他人接触造成的交叉感染风险。

此外，随着医疗保健水平的提高，全球人民的寿命越来越长。再加上癌症、糖尿病和慢性呼吸系统疾病等非传染性疾病的患病率不断上升（目前占世界十大死因中的7个），对身体远程监控的需求增长速度比以往任何时候都要来得快。

安森美的电化学测量与无线传输解决方案

安森美最近宣布推出CEM102，这是一款先进的微型AFE，旨在精确测量电化学和安培电流。CEM102在与RSL15 Bluetooth 5.2认证的无线微控制器配对后，RSL15可提供业界最低功耗、安全的低功耗蓝牙技术。通过此解决方案，设计人员可以开发极其精确、低功耗和紧凑的传感应用。

与单个解决方案相比，安森美的CEM102 + RSL15解决方案提供了更高的精度、更低的噪声和更低的功耗。它允许简化物料清单（BoM）并提供更大的配置灵活性，最终释放开发资源。重要的是，这种灵活性使它不仅成为可用于基于电化学传感器的测量，而且成为需要精确测量小电流的许多类型传感器的解决方案。

CEM102 + RSL15平台支持1.3 - 1.65 V和2.375 - 3.6V两种电池选择，在18位ADC持续转换的情况下，器件在主动测量模式下仅消耗3.5 µA，这意味着仅使用3 mAh电池即可实现市场领先的14天运行需求。凭借其紧凑的1.884 x 1.848 mm封装和使用一到四个电极的能力，它可以帮助创建更小、更高效的可穿戴医疗保健解决方案，从而增强用户体验。为了简化开发，CEM102 + RSL15产品通过尖端硬件、广泛的开发支持，以及固件、软件和IOS、Android演示应用程序，促进了实现多个传感器持续感应的解决方案。

各种化学电流的精确检测和测量为新的科学进步打开了大门。凭借其小巧的外形和业界最低功耗，它使所有终端应用进一步小型化并延长电池寿命。CEM102和RSL15平台提供的解决方案可帮助工程师创建紧凑、有弹性且价格合理的联网产品，例如用于医疗保健的产品，这些产品可增强血糖调节、降低糖尿病相关风险，并更好地融入我们的生活。

20多年来，安森美在开发支持和支撑远程医疗设备的技术方面发挥了重要作用，凭借其先进的内部封装技术和符合FDA标准的制造技术，在开发微型系统级封装（SiP）解决方案方面处于领先地位。安森美还在开发超低功耗解决方案方面拥有丰富的经验，像是各种用于监测和治疗多种常见疾病的设备，包括助听器、脉搏血氧仪，用于测量血氧水平、心电图、血糖监测仪，虽然疾病的类型完全不同，但所使用的技术具有高度的相似性。这些设备的关键要求包括超低电平信号感应、信号处理、控制和安全连接。

这些设备的连接主要通过诸如低功耗蓝牙技术之类的协议进行，该技术允许通过智能手机实现更广泛的连接。随着低功耗蓝牙协议的进步和安森美创新器件的出现，可穿戴设备和其他小型医疗设备无需更换电池即可运行长达十年。

完整、易用的电化学传感应用开发平台

由安森美推出的RSL15是一款基于Arm Cortex−M33处理器的超低功耗、安全的低功耗蓝牙5.2无线MCU，专为工业和医疗应用中的智能互联设备而设计。RSL15具有内置电源管理、宽广的电源电压范围、灵活的GPIO和时钟方案，以及广泛的外设集，为高性能和超低功耗应用提供了最大程度的设计灵活性。RSL15包含80kB RAM，并有284kB或512kB两种闪存选择。

安森美也推出搭配RSL15的软件开发套件（SDK），配置全面、易于操作，包含驱动程序、程序库、示例代码、开发工具和移动应用程序（适用于iOS和Android的RSL Central，及适用于iOS和Android的RSL FOTA），开发环境包含安森美IDE、Keil μVision和IAR内置Work Bench。

另一方面，安森美推出的电化学传感器AFE ― CEM102，是一种模拟前端（AFE），专门为连续血糖监测（CGM）和其他使用安培测量的应用而开发，这些应用需要感测极低的电流。凭借其小巧的外形和低功耗，它能够进一步实现许多终端应用的小型化并延长电池寿命。CEM102设计用于与安森美RSL15一起使用，带来多项额外的系统级优势，例如以优化的系统功耗和电源电压运行。这包括在1.3至3.6 V的宽电源电压范围内运行系统，通常使用单个1.5 V氧化银电池或3 V纽扣电池。

此外，安森美也推出一个CEM102评估板（CEM102-EVB），它旨在评估CEM102的性能和功能，并用于开发、演示和调试此器件的软件应用程序。除了CEM102之外，它还包括RSL15，以及用于设置和使用CEM102执行测量的示例代码，这有助于快速启动系统和固件开发。

CEM102-EVB是完整的2通道电化学测量解决方案，具有灵活的自我诊断、校准和生产测试（带客制PCB），支持电极极化电压和校准电路偏差的自我测量，拥有跨阻放大器（TIA），具有内部和外部反馈电路，以及测量精度、线性度、动态范围设置，在存储模式和工作模式下具有低功耗，也可测量每种模式的功耗。

结语

电化学传感器在医疗保健、环境监测和工业安全中的应用非常广泛，这项技术的多功能性远远超出了目前所利用的范围。此外，安森美推出的这些尖端平台对于进一步开展科学研究和发现新应用也至关重要，安森美的CEM102 + RSL15的产品组合与开发平台，将可加快相关医疗保健产品开发商的产品开发速度，将会是开发相关产品的理想解决方案。