$2.97짜리 ADC, 얼마나 나쁠까?

• 저가형 ADS1115 ADC 모듈은 공식 스펙과 거의 동일한 기능 제공임
• 프로그래머블 게인 증폭기 기능으로 미세 전압 구간에서도 높은 측정 정밀도 구현
• 일부 저가 보드에서 측정 속도와 정확도에 오차 발생 사례 확인됨
• 간단한 보정 알고리듬 적용 시 상당히 정밀한 결과 도출 가능함
• 값싼 파트가 공정상의 불량 혹은 카피품일 가능성 있으나, 기본 사용에는 큰 무리가 없음

저가형 ADS1115 ADC의 실제 성능 실험

개요

• 임베디드 작업에서는 보통 마이크로컨트롤러에 내장된 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용함
• 내장 ADC는 저렴하고 빠르나 실제 측정 비트수(ENOB)는 8~9비트 수준임
• 최근에 Texas Instruments(TI) 의 ADS1115 모듈 테스트를 진행함
• ADS1115는 최대 16비트의 정확도를 제공하는 외장 ADC임

ADS1115의 주요 특징

• 다이나믹 레인지 확장 기능으로 작은 전압 측정 시 최대 20배 더 세밀하게 측정 가능함
• 프로그래머블 게인 앰프(PGA) 를 통해 전체 측정 범위를 ±6.144 V에서 ±0.256 V까지 조정 가능함
  • 최소 LSB가 약 7.8 μV(0.256 V ÷ 32768)로 매우 미세한 변화도 인식 가능함
  • 기존 마이크로컨트롤러 내장 ADC(3.3V 기준, 9 ENOB)의 한 단계가 약 6mV인 것에 비해 월등히 높은 분해능임
• 내부 전압 레퍼런스 사용으로 RP2040처럼 외부 아날로그 레퍼런스가 필요한 MCU 대비 장점이 있음

가격 이슈 및 테스트 환경

• ADS1115는 수량 1,000개 기준 Digikey에서는 약 $4, LCSC에서는 $0.60으로 가격 편차가 큼
• Amazon에서 개당 $2.97짜리 ADS1115 브레이크아웃 보드 구매함(아마도 $0.60짜리 부품 사용 예상)
• Adafruit의 고가(정품) 보드도 추가 구매하여 비교 테스트 예정임

실제 테스트 과정

• I²CMini와 정밀 DC 전압 소스를 이용해 저가 보드를 테스트함

• 주요 점검 포인트:

  • 스펙 그대로 동작하는지
  • 혹은 더 저렴한 타 부품이 ADS1115로 오인되어 판매되는지 확인

• 테스트 결과

  • 기초 동작 및 16비트 출력, 프로그래머블 게인 앰프, 다양한 샘플링 속도 등 TI 데이터시트와 대체로 일치함
  • Differential mode에서 입력을 연결했을 때는 항상 0 측정, 2.5V 입력 시 정확하게 측정, 극성 반대 적용 시 반대값 출력 등 기본 동작 문제 없음

측정 정확도와 오차

• Data Rate(샘플링 속도) : TI 스펙상 ±10% 이내 편차 허용
  • 8 SPS 모드에서 세 개 보드는 6.5~7 SPS로 약간 느리게 동작
  • 한 개 보드는 300 SPS로 완전히 잘못된 타이밍으로 작동, 그 이후 테스트 제외
• 정밀 전압(2.50067V) 측정 시 2.4883V로 출력, 약 12mV/0.5% 오차 발생(TI 공식 스펙보다 큼)
• 마이크로컨트롤러에서 간단한 선형 보정 알고리듬 적용 시 오차가 10 μV 이내로 개선됨

결론

• 불량품 또는 정품 대비 사양 미달 부품이 저가 취미용 유통망에 흘러 들어온 것으로 추정됨
• 기본적으로 상당히 정밀한 측정이 가능하고, 소프트웨어적 보정만 해주면 실사용에 큰 문제 없음
• 정품 고가격 보드는 추가로 입수 후 동일 조건에서 재테스트 예정임

마무리

• 저가형 ADS1115는 꽤 두드러진 가격 대비 효율 제공
• 하드웨어/펌웨어 레벨에서 간단한 보정만 추가한다면 실질적인 정확도 확보 가능
• 불량 이슈 등 확인 위해 구입처 및 품질 관리 유의 필요