Wie schlecht kann ein 2,97-$-ADC sein?

(excamera.substack.com)

1 Punkte von GN⁺ 2025-10-16 | Noch keine Kommentare. | Auf WhatsApp teilen

Das günstige ADS1115-ADC-Modul bietet Funktionen, die nahezu den offiziellen Spezifikationen entsprechen
Mit der Funktion des programmierbaren Gain-Verstärkers lässt sich auch in sehr kleinen Spannungsbereichen eine hohe Messgenauigkeit erreichen
Bei einigen günstigen Boards wurden Abweichungen bei Messgeschwindigkeit und Genauigkeit festgestellt
Mit einem einfachen Kalibrierungsalgorithmus lassen sich recht präzise Ergebnisse erzielen
Günstige Bauteile könnten Produktionsfehler oder Kopien sein, für den grundlegenden Einsatz sind sie jedoch weitgehend unproblematisch

Praxistest der tatsächlichen Leistung eines günstigen ADS1115-ADC

Bei Embedded-Arbeiten wird üblicherweise der in den Mikrocontroller integrierte ADC (Analog-Digital-Wandler) verwendet
Integrierte ADCs sind günstig und schnell, erreichen bei der effektiven Bitzahl (ENOB) jedoch in der Praxis nur etwa 8 bis 9 Bit
Kürzlich wurde ein Test mit dem ADS1115-Modul von Texas Instruments(TI) durchgeführt
Der ADS1115 ist ein externer ADC, der eine Genauigkeit von bis zu 16 Bit bietet

Dank der erweiterten dynamischen Reichweite lassen sich kleine Spannungen mit bis zu 20-fach höherer Feinheit messen
Über den programmierbaren Gain-Verstärker (PGA) kann der gesamte Messbereich von ±6.144 V bis ±0.256 V eingestellt werden
- Das kleinste LSB beträgt etwa 7.8 μV (0.256 V ÷ 32768), wodurch selbst sehr kleine Änderungen erkannt werden können
- Im Vergleich dazu entspricht eine Stufe eines herkömmlichen im Mikrocontroller integrierten ADC (bei 3,3 V, 9 ENOB) etwa 6 mV, was eine deutlich geringere Auflösung bedeutet
Die Nutzung einer internen Spannungsreferenz ist ein Vorteil gegenüber MCUs wie dem RP2040, die eine externe analoge Referenz benötigen

Beim ADS1115 gibt es große Preisunterschiede: Bei Digikey kostet er bei einer Stückzahl von 1.000 etwa 4 $, bei LCSC etwa 0,60 $
Es wurde ein ADS1115-Breakout-Board für 2,97 $ pro Stück bei Amazon gekauft (vermutlich mit dem 0,60-$-Bauteil)
Zusätzlich wurde ein teureres (Original-)Board von Adafruit gekauft, das später für Vergleichstests genutzt werden soll

Das günstige Board wurde mit I²CMini und einer präzisen DC-Spannungsquelle getestet
Wichtige Prüfpunkte:
- Ob es gemäß Spezifikation arbeitet
- Oder ob ein anderes, noch günstigeres Bauteil fälschlich als ADS1115 verkauft wird
Testergebnisse
- Grundlegende Funktion, 16-Bit-Ausgabe, programmierbarer Gain-Verstärker und verschiedene Abtastraten entsprachen weitgehend dem TI-Datenblatt
- Im Differential Mode wurde bei verbundenem Eingang stets 0 gemessen, bei 2,5-V-Eingang korrekt gemessen und bei umgekehrter Polarität der Gegenwert ausgegeben; es traten also keine Probleme im Grundverhalten auf

Data Rate (Abtastrate): Laut TI-Spezifikation ist eine Abweichung von bis zu ±10 % zulässig
- Im 8-SPS-Modus arbeiteten drei Boards mit 6,5 bis 7 SPS etwas langsamer
- Ein Board lief mit 300 SPS und damit mit völlig falschem Timing; es wurde anschließend von weiteren Tests ausgeschlossen
Bei der Messung einer präzisen Spannung (2.50067 V) wurde 2.4883 V ausgegeben; das entspricht einer Abweichung von etwa 12 mV bzw. 0,5 % und liegt über der offiziellen TI-Spezifikation
Durch Anwendung eines einfachen linearen Kalibrierungsalgorithmus im Mikrocontroller konnte der Fehler auf unter 10 μV reduziert werden

Vermutlich sind fehlerhafte Bauteile oder Komponenten mit geringerer Spezifikation als das Original in günstige Hobby-Vertriebskanäle gelangt
Grundsätzlich sind recht präzise Messungen möglich, und mit softwareseitiger Kalibrierung gibt es in der praktischen Nutzung keine größeren Probleme
Das teurere Original-Board soll nach Eintreffen unter denselben Bedingungen erneut getestet werden

Der günstige ADS1115 bietet ein auffällig gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
Wenn auf Hardware-/Firmware-Ebene nur eine einfache Kalibrierung ergänzt wird, lässt sich praktisch brauchbare Genauigkeit erreichen
Um Probleme wie fehlerhafte Ware zu vermeiden, sollte auf Bezugsquelle und Qualitätskontrolle geachtet werden