LHE3302 的理论测量性能（电化学类）

LHE3302 是领慧立芯设计的一款 AFE，除去软硬件设计师感兴趣的这些东西，对于使用者在意的是它的测量性能：

领慧立芯LHE3302：电化学模拟前端（AFE）

LHE3302 电化学AFE-SPI读写接口封装

LHA3302A 有 QFN 封装了！

看这个框图

看这个框图

计算这个CGM芯片的理论测量性能

按 LHE3302 默认 REF=2.048V 来算理论精度，这里把“理论精度”分成两类：

分辨率 resolution：最小能分出来的码宽，主要由 ADC/DAC 位数、PGA、RTIA 决定。 绝对精度 accuracy：真实值和测量值的误差，受 ADC offset/gain、TIA offset/gain、DAC 误差、参考源误差、噪声、温漂影响。

LHE3302 有 2 路 WE/TIA 通道、12-bit DAC、16-bit ADC，内部 RTIA 可选 100kΩ 到 10MΩ。

ADC 电压理论分辨率

数据手册给出 ADC 为 16-bit，输入为双极性二进制补码，理想 1 LSB 为：

默认 VREF = 2.048V 时：

如果选择 VREF = 1.536V：

数据手册同时给出 ADC INL ±1 LSB、offset ±2 LSB、gain error ±0.1%、SNR 约 95 dB。

由 SNR 估算 ENOB：

所以从纯 ADC 角度看，它接近 15.5 位有效分辨率。

TIA 电流理论分辨率

电流测量时，ADC 测的是 TIA 差分电压：

所以电流分辨率为：

满量程电流近似为：

下面按 VREF=2.048V 计算。

PGA = 1 时

PGA = 4 时

如果 VREF=1.536V，上面所有量程和 LSB 都乘以：

例如 RTIA=10MΩ, PGA=4, VREF=1.536V 时：

但实际电流精度不能只看 LSB

理论上 10MΩ + PGA=4 可以做到 1.56 pA/LSB，但是这不等于实际绝对精度就是 1.56 pA，数据手册给出的 TIA 误差包括：

这些规格在电学特性表中给出（因为 NDA 的原因，只能这样写），所以可以这样理解：理论分辨率由 ADC LSB / RTIA 决定；实际零点精度通常被 TIA offset、ADC offset、温漂决定；实际比例精度由 TIA gain error、ADC gain error、VREF 精度决定。

例如 RTIA=10MΩ, PGA=4, VREF=2.048V：

理论电流 LSB ≈ 1.56 pA TIA offset ≈ ±20 pA TIA 非线性 ≈ ±50 pA ADC offset 折算电流 ≈ ±3.125 pA

所以没有校准、没有平均、没有温度补偿时，不应该说它有 1 pA 绝对精度；更合理的说法是：分辨率可到 pA 级；小电流绝对误差主要是几十 pA 量级；经过零点校准、增益校准、平均滤波后，可逼近更好的重复性。

电流测量误差估算公式

在我设计的固件里可以用这个误差模型：

误差可以粗略写成：

其中：

I_offset ≈ ±20 pA V_ADC_offset ≈ ±2 LSB epsilon_gain ≈ TIA gain error + ADC gain error + VREF error ≈ 0.2% + 0.1% + 0.1% ≈ ±0.4% 粗略最坏估计 I_nonlinear ≈ ±50 pA，主要针对 5M/10M 档位

例如 RTIA=1MΩ, PGA=1, VREF=2.048V：

电流 LSB = 62.5 pA ADC offset = ±2 LSB = ±125 pA TIA offset = ±20 pA 增益误差约 ±0.4% × I

如果测量 I = 100 nA：

增益误差 ≈ ±0.4 nA = ±400 pA ADC offset ≈ ±125 pA TIA offset ≈ ±20 pA

此时主要误差是增益误差。

如果测量 I = 1 nA：

增益误差 ≈ ±0.4 nA = ±400 pA ADC offset ≈ ±125 pA TIA offset ≈ ±20 pA

此时主要误差是 ADC offset 和零点误差。

OCP / 电极电压测量理论精度

OCP 是测：

LHE3302 是分别测 WE0/GND 和 RE/GND，再相减。

默认 MON_IN_GAIN=1, VREF=2.048V 时：单个电压通道 1 LSB = 62.5 µV

所以 OCP 的最小码宽大约也是几十 µV 级，考虑两个通道相减：WE0 量化误差 + RE 量化误差

粗略可认为：

如果 MON_IN_GAIN=0.375，适合测接近 3.3V 的电极绝对电压，但分辨率变为：1 LSB = 166.7 µV，所以 OCP 推荐优先用 MON_IN_GAIN=1，除非电极对 GND 的绝对电压可能超过 REF。

DAC 偏置理论精度

LHE3302 的 DAC 是 12-bit，用于 CE/RE、WE0、WE1 偏置。数据手册给出 DAC INL ±3.5 LSB、DNL ±1 LSB、offset ±1mV、电压精度 ±0.1%、0.1–10Hz 输出噪声 33µVpp。

DAC 不是 0 到 VREF，而是从一个零点偏置开始。

REF = 2.048V

所以 DAC 最小步进约：437.6 µV/LSB

误差换算：

REF = 1.536V

误差换算：

所以 DAC 设置偏置时，步进是 0.33–0.44mV 级，但是偏置绝对精度没有这么高，通常是 mV 级。

如果设置三电极：

那它由两个 DAC 共同决定；若 DAC0 和 DAC1 都没有校准，差分偏置误差可能接近两个 DAC 误差的叠加。保守估算：单个 DAC 绝对误差约几 mV，而WE-RE 差分偏置误差最坏可能到数 mV ~ 10 mV 量级。

如果做电化学精密扫描，可以用 ADC 反读 WE 和 RE，用实际测得的：

而不是只相信 DAC code，小小的闭环一下。

温度测量理论精度

温度传感器分辨率是 0.05°C；数据手册首页给出最大测量误差 ±0.5°C，电气特性表中也列出不同温区精度，实际可以这样用：

温度分辨率：0.05°C 30°C ~ 50°C：约 ±0.5°C 0°C ~ 70°C：约 ±1°C -40°C ~ 85°C：约 ±3°C

温度适合做补偿和状态监测，不建议把它当高精度温度计。

总结

按默认 REF=2.048V：

总之这个LHE3302 的“码宽分辨率”可以做到 µV 级电压、pA 级电流；但实际未校准绝对精度通常是几十 pA 到数百 pA 电流误差、数百 µV 到 mV 级电压/偏置误；固件里一定要支持零点校准、增益校准、平均滤波和温度补偿。（反正我没做，就这点时间，设计啥啊？）

上面只是 OCP 的算法，其实还可以有各种测量方式

上面只是 OCP 的算法，其实还可以有各种测量方式

散会

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