Adafruit ADS122C04 24비트 ADC

초정밀 아날로그 측정을 위한 I2C ADC 모듈

센서 프로젝트를 진행하다 보면 ESP32나 Arduino에 내장된 ADC의 성능이 부족하다고 느끼는 경우가 있습니다. 특히 미세한 전압 변화를 측정하거나 로드셀, 브리지 센서, 정밀 계측 장비를 제작할 때는 더 높은 해상도의 ADC가 필요합니다.

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Adafruit ADS122C04는 Texas Instruments의 ADS122C04 칩을 기반으로 한 24비트 고정밀 ADC 모듈로, I2C 인터페이스를 통해 매우 높은 정확도의 아날로그 측정을 손쉽게 구현할 수 있습니다.

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이번 글에서는 ADS122C04의 주요 기능과 활용 방법을 살펴보겠습니다.

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ADS122C04란?

ADS122C04는 24비트 해상도를 제공하는 고정밀 Analog-to-Digital Converter(ADC)입니다.

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일반적인 마이크로컨트롤러의 10~12비트 ADC보다 훨씬 높은 분해능을 제공하며, 작은 전압 변화까지 정확하게 측정할 수 있습니다.

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특히 최대 2000 Samples Per Second(SPS)의 빠른 샘플링 속도를 지원하는 것이 큰 장점입니다.

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주요 특징

24비트 초고해상도

• 최대 24비트 해상도
• 실제 유효 해상도는 약 20비트 수준
• 매우 작은 전압 변화도 정밀하게 측정 가능

온도 센서, 압력 센서, 브리지 센서, 로드셀 등 정밀 계측에 적합합니다.

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프로그래머블 게인 앰프(PGA)

내장 PGA(Programmable Gain Amplifier)를 통해 다음과 같은 증폭 배율을 지원합니다.

• Gain 1
• Gain 2
• Gain 4
• Gain 8
• Gain 16
• Gain 32
• Gain 64
• Gain 128

매우 작은 센서 출력도 별도의 증폭기 없이 직접 측정할 수 있습니다.

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다양한 입력 구성

총 4개의 입력 핀을 제공합니다.

다음과 같이 사용할 수 있습니다.

• 2개의 차동(Differential) 입력
• 4개의 단일(Single-ended) 입력

프로젝트 특성에 맞게 자유롭게 구성할 수 있습니다.

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내장 온도 센서

칩 내부에는 온도 센서가 포함되어 있습니다.

• 일반적인 정확도 ±0.5°C

외부 센서 없이도 내부 온도를 확인할 수 있습니다.

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정밀 기준 전압

ADS122C04는 고정밀 내부 기준 전압을 제공합니다.

• 내부 2.048V Reference
• 온도 드리프트 5ppm/°C

또한 외부 기준전압 입력도 지원하여 더욱 높은 정확도를 구현할 수 있습니다.

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저전력 설계

일반적인 소비전류는 약 315µA입니다.

배터리 기반의 저전력 계측 시스템에도 적합합니다.

하드웨어 구성

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STEMMA QT 지원

Adafruit의 STEMMA QT 커넥터를 지원합니다.

SparkFun의 Qwiic 시스템과도 호환되므로 납땜 없이 간단하게 연결할 수 있습니다.

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브레드보드 사용 가능

기본적인 2.54mm(0.1인치) 헤더도 함께 제공됩니다.

브레드보드나 직접 배선하는 프로젝트에서도 쉽게 사용할 수 있습니다.

또한 PCB 고정을 위한 장착 홀도 제공됩니다.

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3V / 5V 모두 지원

전원 및 로직 레벨을 모두 지원합니다.

따라서 다음과 같은 다양한 개발보드에서 사용할 수 있습니다.

• Arduino Uno
• Arduino Mega
• ESP32
• Raspberry Pi
• 기타 I2C 지원 보드

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I2C 주소 변경

2개의 Address 핀을 이용해 I2C 주소를 변경할 수 있습니다.

최대 4개의 ADS122C04를 하나의 I2C 버스에서 동시에 사용할 수 있습니다.

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성능과 활용 분야

ADS122C04는 과학 및 공학 계측 장비에 적합한 ADC입니다.

대표적인 활용 예는 다음과 같습니다.

• 로드셀
• 스트레인 게이지
• 브리지 센서
• 정밀 온도 측정
• 배터리 전압 모니터링
• 산업용 계측기
• 실험 장비
• 데이터 수집(Data Acquisition)

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최대 샘플링 속도

최대 속도는 2000 SPS입니다.

이 성능을 얻으려면

• I2C를 1MHz(Fast Mode Plus)로 설정
• MCU가 데이터를 충분히 빠르게 처리

해야 합니다.

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전원 노이즈 제거

20 SPS 설정에서는

• 50Hz
• 60Hz

전원 노이즈를 동시에 제거할 수 있습니다.

실험실 장비나 산업용 계측에서 매우 유용한 기능입니다.

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센서 구동용 전류원

ADS122C04는 외부 센서를 위한 정전류(Current Source)도 제공합니다.

지원 범위는

• 10µA
• 50µA
• 100µA
• 수백 µA
• 최대 1.5mA

입니다.

일부 저항성 센서를 별도의 회로 없이 구동할 수 있습니다.

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소프트웨어 지원

Adafruit에서는 다양한 개발 환경을 지원합니다.

• Arduino
• CircuitPython
• Raspberry Pi

라이브러리와 예제 코드가 제공되므로 빠르게 프로젝트를 시작할 수 있습니다.

기본 연결은 매우 간단합니다.

• GND → GND
• VDD → 3V~5V
• SDA → SDA
• SCL → SCL

I2C 연결만 완료하면 바로 데이터를 읽을 수 있습니다.

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크기와 무게

크기

• 25.5 × 17.7 × 4.7 mm

무게

• 약 1.6g

매우 작고 가벼워 휴대형 장비에도 적합합니다.

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마무리

Adafruit ADS122C04는 단순한 ADC 모듈이 아니라 고정밀 계측 시스템을 위한 전문적인 데이터 수집 장치입니다.

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24비트 해상도와 프로그래머블 게인 앰프(PGA), 차동 입력, 내부 온도 센서, 정밀 기준전압, 정전류 소스까지 갖추고 있어 다양한 센서를 높은 정확도로 측정할 수 있습니다.

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ESP32나 Raspberry Pi를 이용한 정밀 측정 프로젝트, 산업용 센서 인터페이스, 실험 장비 제작을 계획하고 있다면 매우 유용한 선택이 될 것입니다.