电化学方法 OCP 悬空的引脚为什么数值在跳动？

最近的项目告一段落了，不过有个有趣的现象可以研究一下：

在使用 OCP 的方式的时候

在使用 OCP 的方式的时候，值在随机动

OCP 在电化学里一般指 Open Circuit Potential，开路电位，也常叫 开路电压 OCV。它测的是：在不对电极施加外部极化、不强制电流流动的情况下，工作电极 WE 相对于参考电极 RE 的自然电位。

如图所示，会出现一个比较有趣的现象，WE-RE 这个值会是随机值。

LHE3302 的理论测量性能（电化学类）

这是正常现象；没有接样品时，WE0 和 WE1 并不是两个“应该相等的电压点”，而是两个彼此独立的高阻浮空节点。

在 OCP 测量里，芯片只是通过 ADC MUX 去读 WE0-GND、WE1-GND、RE-GND，然后计算 WE-RE；如果外部没有样品、没有电解液、没有参考电极、没有任何直流通路，那么 WE0、WE1 的电位本身就是不确定的。

数据手册里 WE0、WE1 都定义为工作电极输入端，LHE3302 的 FIFO 标签也把 WE0 和 WE1 分成两个独立监测通道：WE0 tag=0x5、WE1 tag=0x6。

OCP 的前提：外部必须有一个“电化学电位来源”

真正的 OCP 是：

OCP0 = VWE0 - VRE OCP1 = VWE1 - VRE

但是这个公式隐含一个前提：WE 和 RE 之间存在一个实际的电化学体系。比如：WE0/WE1/RE 插在电解液里，在电极界面形成稳定电位 ，那后续ADC 只是高阻读取这个自然电位

如果现在“前端没有加任何样品”，那 WE0、WE1、RE 就只是悬空金属引脚；悬空节点的电压可能来自：输入漏电流，PCB 表面漏电，手靠近产生的电容耦合，SPI/DAC/ADC 数字噪声耦合，ADC 采样电容的电荷注入，上一次测试留下的电荷，WE0/WE1 两路内部模拟开关漏电差异。

所以 WE0 和 WE1 测出来不同，不但不奇怪，反而是高阻模拟输入浮空时最常见的现象。

为什么 WE0、WE1 会不一样

两个输入节点是浮空的

如果 WE0、WE1 没有接到任何样品，也没有被电阻拉到某个参考点，那么它们没有确定电位，可以类比 MCU 的 ADC 输入脚：ADC 输入脚不接东西时，读数不是 0V，而是随机漂、慢慢爬、受手靠近影响。

LHE3302 的 WE0/WE1 在 OCP 模式下也是类似的高阻输入

WE0 和 WE1 的内部泄漏不可能完全一样

即使芯片内部结构对称，实际硅片上也会有微小失配：

WE0 输入漏电 ≠ WE1 输入漏电 WE0 采样开关漏电 ≠ WE1 采样开关漏电 WE0 走线寄生电容 ≠ WE1 走线寄生电容 WE0 周围 PCB 污染 ≠ WE1 周围 PCB 污染

对高阻浮空节点来说，pA 级漏电就能把节点电压拉到不同位置。

TIA 说到底也是一个 OP，那输入级就是高阻的

TIA 说到底也是一个 OP，那输入级就是高阻的

比如一个浮空节点等效只有几十 pF 电容，1 pA 漏电在 1 秒内造成的电压变化约为：

如果 ，，1 秒就是：

所以你看到几十 mV、几百 mV 的差异，在浮空输入上完全可能；也就是可以解决为什么数据的趋势是往上走的，因为电荷在积分。

ADC MUX 轮询会带来采样电容记忆效应

成本限制是接入了一个 MUX

成本限制是接入了一个 MUX

在MUX 后面接 PGA 和 ADC。ADC 采样时内部会有采样电容。当前一个通道测完后，采样电容上残留的电荷会影响下一个高阻通道；如果通道源阻抗很低，这个影响很快被真实信号源吸收；但如果 WE0/WE1 是完全浮空的，这个电荷就会把它们拉到不同电压。

所以多通道 OCP 同时测：WE0 → WE1 → RE → CE；在无样品、无直流通路时，每个点都可能被采样过程本身扰动。

如果 TIA 或 DAC 没关，就不是 OCP

如果测 OCP 时打开了 TIA0/TIA1，或者写了 DAC1/DAC2，那么 WE0/WE1 可能被内部 TIA 偏置环路强行拉向 DAC 设置值；数据手册说明 DAC1 对应 WE0 偏置，DAC2 对应 WE1 偏置；这两个 DAC 本来就是用来控制工作电极偏置的。

没有样品时，WE0 和 WE1“不一样”不代表芯片坏了

验证 WE0/WE1 OCP 通道的方法

不要用“空接”判断通道一致性，应该给它们一个确定的外部电位。

测试 1：WE0、WE1、RE 全部短接

把下面三个点短在一起：WE0，WE1，RE

然后配置 OCP 监测：

SYS_CTL = 0xF0 AFE_CFG = 0x00 ADC_MUX_0 = 0x70 // WE0 + WE1 + RE ADC_MUX_1 = 0x00 CONVERT = 0x01 或 0x03

理论结果应该是：

VWE0 ≈ VWE1 ≈ VRE OCP0 = VWE0 - VRE ≈ 0 OCP1 = VWE1 - VRE ≈ 0

测试 2：用电阻给 WE0/WE1 一个弱参考

比如用两个相同电阻：

WE0 → 1MΩ 或 10MΩ → REF/2 或某个稳定电压 WE1 → 1MΩ 或 10MΩ → 同一个稳定电压 RE → 1MΩ 或 10MΩ → 同一个稳定电压

然后读 WE0、WE1、RE，这个测试比直接短接更接近高阻 OCP 读数，但又不会让输入完全浮空。

接假负载

可以先不用真实样品，而是做一个简单模拟：RE 接一个稳定中点电压，例如 0.8V；WE0 接 0.9V；WE1 接 0.9V，CE 悬空或接同一参考点，然后检查 ADC 读数是否符合外部施加的电压。

后记

没有样品时，WE0 和 WE1 的 OCP 电压不同，最主要原因是它们是两个独立的高阻浮空输入，外部没有任何东西定义它们的电位。OCP 不是“芯片自己产生的电压”，而是外部电化学体系自然形成的 WE-RE 电位；没有样品时，读到的只是浮空电压、漏电和采样扰动的结果。