Dokładne pomiary: 24- i 32-bitowe moduły ADC

W poprzednim artykule tej serii przedstawione były wstępne rozważania, dotyczące szans na wykorzystanie tanich przetworników analogowo–cyfrowych, 24- i 32-bitowych, do budowy w warunkach amatorskich przyrządów pomiarowych konkurencyjnych względem najlepszych fabrycznych. Oto dalsze informacje.

Także i w tym artykule zastanawiamy się nad możliwością realizacji naprawdę dobrego amatorskiego multimetru z zastosowaniem 24-bitowego przetwornika ADC. Już wiemy, że możliwości nawet najbardziej precyzyjnego przetwornika 24-bitowego, pracującego w roli woltomierza, są ograniczone nie tylko niedoskonałością samego przetwornika ADC, ale głównie dokładnością i stabilnością współpracującego źródła napięcia odniesienia oraz współpracujących rezystorów.

Z kilku względów nie ma sensu próba budowy kompletnego multimetru, ale możliwa jest budowa dokładnego woltomierza napięcia stałego, amperomierza prądu stałego oraz precyzyjnego omomierza.

W tym artykule zajmiemy się przede wszystkim 24- i 32-bitowymi przetwornikami ADC. Szczegółowe omówienie ich działania, specyfiki i parametrów to materiał na długą serię artykułów.

Dlatego poniżej omawiam tylko niektóre kwestie, najważniejsze w przypadku próby realizacji dokładnego przyrządu pomiarowego z wykorzystaniem jednego z licznych gotowych modułów, zawierających scalony przetwornik o rozdzielczości 24 bitów lub nawet większej.

Do zrozumienia podanego dalej materiału potrzebne są podstawowe wiadomości o przetwornikach ADC z poprzedniego artykułu tej serii, zatytułowanego Dokładne pomiary: multimetr swojej roboty?

Różne 24-bitowe przetworniki ADC

Na rysunku 1 przypominam bodaj najtańszą ofertę modułu 24-bitowego przetwornika ADC. Zupełnie się on nie nadaje do roli precyzyjnego woltomierza, jest to bowiem układ przeznaczony do popularnych, tanich wag.

Szczegółowa analiza budowy i parametrów tego przetwornika ADC byłaby zbyt obszerna i w sumie bezsensowna. Problem również polega na tym, że w kartach katalogowych najtańszych przetworników 24-bitowych brakuje jasnych informacji o właściwościach kluczowych dla pracy w roli woltomierza. Nie są one bowiem przeznaczone do takich zadań, a jedynie do porównywania spadków napięć w układach tanich wag.

Nie wchodząc w szczegóły: dla hobbystów zainteresowanych precyzyjnymi woltomierzami najbardziej atrakcyjne są moduły zawierające wielobitowe przetworniki ADC typu sigma – delta (Σ∆), ale nie te najtańsze za kilka czy kilkanaście złotych. I nie te przeznaczone do kodeków audio, tylko przetworniki „ogólnego przeznaczenia”

Podobnie jak najlepsze scalone źródła napięcia odniesienia, także najlepsze 32-bitowe scalone przetworniki ADC trochę kosztują, ale ceny wcale nie są szokujące i są dostępne nawet dla amatorów. Przykład z rysunku 2 to fragment oferty jednego ze znanych dystrybutorów. Znakomity 32-bitowy przetwornik ADS1263 (TI) o maksymalnym próbkowaniu 38,4 kSps kosztuje 92 złote netto, czyli trochę więcej niż 110 zł z podatkiem, a do tego trzeba dodać koszty przesyłki. Nie jest to na pewno cena szokująca jak na dobry przetwornik.

Podkreślam jednak, że zakup „gołego” scalonego przetwornika ADC to poważne wyzwanie, bo trzeba prawidłowo zaprojektować płytkę drukowaną, a to wcale nie jest takie łatwe, jak może się wydawać. W tym przypadku obudowa jest dość duża, ale w przypadku innych przetworników dojdzie kłopot z lutowaniem dużo mniejszej obudowy.

Moduły ewaluacyjne oferowane przez czołowych producentów zwykle są zbyt drogie dla hobbystów. Przykład właśnie na rysunku 2 – płytka ewaluacyjna TI kosztuje w sumie sporo ponad tysiąc złotych.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze lutowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 2/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.