Un ADC à 2,97 $ : jusqu’où peut aller la médiocrité ?

• Le module ADC ADS1115 low cost offre des fonctions presque identiques aux spécifications officielles
• La fonction d’amplificateur à gain programmable permet d’obtenir une grande précision de mesure même sur de très faibles plages de tension
• Sur certaines cartes bon marché, des écarts de vitesse de mesure et de précision ont été constatés
• L’application d’un algorithme d’étalonnage simple permet d’obtenir des résultats assez précis
• Ces composants peu chers peuvent être des pièces défectueuses ou des copies, mais ils restent globalement utilisables pour un usage de base

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Essai des performances réelles d’un ADS1115 low cost

Vue d’ensemble

• En embarqué, on utilise généralement l’ADC (convertisseur analogique-numérique) intégré au microcontrôleur
• Les ADC intégrés sont peu coûteux et rapides, mais leur nombre de bits effectif (ENOB) se situe en pratique autour de 8 à 9 bits
• Un test du module ADS1115 de Texas Instruments (TI) a récemment été réalisé
• L’ADS1115 est un ADC externe offrant une précision allant jusqu’à 16 bits

Principales caractéristiques de l’ADS1115

• Grâce à l’extension de la plage dynamique, il peut mesurer de petites tensions avec une finesse jusqu’à 20 fois supérieure
• Via l’amplificateur à gain programmable (PGA), la plage de mesure complète peut être réglée de ±6,144 V à ±0,256 V
  • Le LSB minimal est d’environ 7,8 μV (0,256 V ÷ 32768), ce qui permet de détecter des variations extrêmement faibles
  • C’est une résolution très supérieure à celle d’un ADC intégré classique de microcontrôleur (référence 3,3 V, 9 ENOB), dont un pas vaut environ 6 mV
• L’usage d’une référence de tension interne constitue un avantage face à des MCU comme le RP2040, qui nécessitent une référence analogique externe

Enjeu de prix et environnement de test

• Le prix de l’ADS1115 varie fortement : environ 4 $ chez Digikey par lot de 1 000, contre 0,60 $ chez LCSC
• Une carte breakout ADS1115 à 2,97 $ pièce a été achetée sur Amazon (probablement avec un composant à 0,60 $)
• Une carte plus chère (officielle) d’Adafruit doit aussi être achetée pour un test comparatif

Déroulement des tests

• La carte low cost a été testée avec I²CMini et une source de tension continue de précision

• Points de vérification principaux :

  • vérifier si elle fonctionne conformément aux spécifications
  • ou si un autre composant meilleur marché est vendu à tort comme un ADS1115

• Résultats des tests

  • Le fonctionnement de base, la sortie 16 bits, l’amplificateur à gain programmable et les différentes vitesses d’échantillonnage concordent globalement avec la datasheet de TI
  • En mode différentiel, lorsque les entrées étaient reliées ensemble, la mesure donnait toujours 0 ; avec une entrée à 2,5 V, la mesure était correcte ; et en inversant la polarité, la sortie prenait la valeur opposée, sans problème de fonctionnement de base

Précision de mesure et erreurs

• Data Rate (vitesse d’échantillonnage) : la spécification TI autorise un écart de ±10 %
  • En mode 8 SPS, trois cartes fonctionnaient un peu lentement à 6,5~7 SPS
  • Une carte fonctionnait à un rythme totalement erroné de 300 SPS et a été exclue des tests suivants
• Lors de la mesure d’une tension de précision (2,50067 V), la sortie affichait 2,4883 V, soit une erreur d’environ 12 mV / 0,5 % (plus importante que la spécification officielle de TI)
• L’application d’un algorithme d’étalonnage linéaire simple dans le microcontrôleur a permis de ramener l’erreur à moins de 10 μV

Conclusion

• Il est probable que des pièces défectueuses ou sous-spécifiées par rapport aux modèles officiels se retrouvent dans les circuits de distribution low cost pour hobbyistes
• Il reste possible d’obtenir des mesures assez précises en pratique, et avec un simple étalonnage logiciel, cela ne pose pas de problème majeur à l’usage
• Une carte officielle plus chère sera récupérée ultérieurement puis testée de nouveau dans les mêmes conditions

Pour finir

• L’ADS1115 low cost offre un rapport qualité/prix assez remarquable
• Avec un étalonnage simple ajouté au niveau matériel/firmware, il est possible d’obtenir une précision réellement exploitable
• Il faut toutefois prêter attention au vendeur et au contrôle qualité afin d’éviter les problèmes de pièces défectueuses