Полная шкала (full-scale range)

У АЦП ADS1115 шесть диапазонов от ±0,256 до ±6,144 В, у акселерометра MPU-6050 четыре — от ±2 до ±16 g. Выбор диапазона — компромисс: узкая шкала даёт мелкий шаг, но сигнал легко выходит за её край и упирается в предельный код.

Обновлено 28 октября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Шкала задаёт шаг кода
Что за краем шкалы
Как выбирать

Полная шкала (full-scale range, FSR) — диапазон входной величины, который АЦП или цифровой датчик переводит во всю сетку выходных кодов. В метрологии близкое понятие — диапазон измерений (measuring interval): множество значений, которые прибор измеряет с заданной неопределённостью в определённых условиях (VIM, JCGM 200:2012, п. 4.7).

Шкала задаёт шаг кода

Число кодов фиксировано разрядностью, поэтому шаг LSB пропорционален шкале. У 16-разрядного ADS1115 шкалу выбирают усилителем с программируемым коэффициентом, а шаг считают как LSB = FSR / 2^16 (SBAS444E, разд. 7.3.3, ур. 4):

FSR ADS1115	LSB	FSR ADS1115	LSB
±6,144 В	187,5 мкВ	±1,024 В	31,25 мкВ
±4,096 В	125 мкВ	±0,512 В	15,625 мкВ
±2,048 В	62,5 мкВ	±0,256 В	7,8125 мкВ

Источник — табл. 7-1. FSR здесь — масштаб пересчёта, а не допустимое напряжение: на входы нельзя подавать больше VDD + 0,3 В (разд. 5.3, прим. 2). У датчиков то же самое: при 16-разрядном выходе MPU-6050 переключение шкалы акселерометра с ±2 g на ±16 g уменьшает чувствительность в восемь раз (PS-MPU-6000A-00, разд. 6.2).

Что за краем шкалы

Сигнал больше полной шкалы не измеряется, а ограничивается предельным кодом:

Устройство	Положительный предел	Отрицательный предел	Источник
ADS1115, 16 бит	7FFFh	8000h	SBAS444E, разд. 7.5.4
HX711, 24 бита	7FFFFFh	800000h	HX711 V2.0, с. 4

HX711 держит предельный код, пока сигнал не вернётся в диапазон. Шкала у него задаётся усилением: ±0,5(AVDD/GAIN), то есть при AVDD = 5 В ±20 мВ при усилении 128 и ±40 мВ при 64 (табл. 2 и с. 4) — под малый сигнал тензомоста.

Как выбирать

Шкалу берут самой узкой из тех, в которые сигнал гарантированно помещается с запасом на пики и разброс. Слишком широкая шкала тратит разряды впустую, слишком узкая даёт насыщение. Сравнение ADS1115 с MCP3008 — в карточке ADS1115 и MCP3008, настройка HX711 — в карточке HX711.

Частые вопросы

Почему при FSR ±6,144 В на ADS1115 нельзя подавать 6 В?

Потому что FSR — это масштаб пересчёта, а не допустимое напряжение. TI прямо оговаривает: параметр выражает масштаб АЦП, а на аналоговые входы нельзя подавать больше VDD + 0,3 В (SBAS444E, разд. 5.3, прим. 2). При питании 3,3 В шкала ±6,144 В используется лишь частично.

Что выдаёт АЦП, если сигнал больше полной шкалы?

Предельный код. ADS1115 ограничивает выход кодами 7FFFh и 8000h (SBAS444E, разд. 7.5.4), HX711 насыщается на 7FFFFFh и 800000h, пока сигнал не вернётся в диапазон (HX711 V2.0, с. 4). Поэтому предельный код в данных — признак перегрузки, а не реального значения.

Какой диапазон выбрать?

Самый узкий, в который сигнал гарантированно помещается с запасом. Шаг кода пропорционален шкале: у ADS1115 при ±0,256 В он 7,8125 мкВ, при ±6,144 В — 187,5 мкВ (табл. 7-1). Узкая шкала даёт мелкий шаг, но пики сигнала не должны упираться в край.

Источники

Texas Instruments. ADS111x Ultra-Small, Low-Power, I2C-Compatible, 860-SPS, 16-Bit ADCs With Internal Reference, Oscillator, and Programmable Comparator, SBAS444E (May 2009, revised December 2024) — разд. 5.3: FSR до ±6,144 В, прим. 2 — параметр выражает масштаб АЦП, на аналоговые входы нельзя подавать больше VDD + 0,3 В; разд. 7.3.3: PGA перед АЦП, FSR задают битами PGA[2:0]: ±6,144; ±4,096; ±2,048; ±1,024; ±0,512; ±0,256 В, ур. 4: LSB = FSR / 2^16, табл. 7-1: 187,5; 125; 62,5; 31,25; 15,625; 7,8125 мкВ; разд. 7.5.4: 16 бит в дополнительном коде, +FS — код 7FFFh, −FS — 8000h, за пределами шкалы выход ограничивается этими кодами
TDK InvenSense. MPU-6000 and MPU-6050 Product Specification (PS-MPU-6000A-00, Revision 3.4, 19 августа 2013) — разд. 6.1: полная шкала гироскопа ±250, ±500, ±1000, ±2000 °/с (FS_SEL = 0…3), слово АЦП 16 бит; разд. 6.2: полная шкала акселерометра ±2, ±4, ±8, ±16 g (AFS_SEL = 0…3), выход 16 бит в дополнительном коде
Avia Semiconductor. HX711 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales, V2.0 — табл. 2: полная шкала дифференциального входа ±0,5(AVDD/GAIN); с. 4: при AVDD = 5 В усиление 128 и 64 канала A дают ±20 и ±40 мВ, канал B с усилением 32 — ±80 мВ; выход 24 бита в дополнительном коде, за пределами диапазона насыщается на 800000h и 7FFFFFh
JCGM 200:2012. International vocabulary of metrology (VIM), 3rd edition — 4.7: диапазон измерений (measuring interval) — множество значений величины, которые прибор может измерить с заданной инструментальной неопределённостью в определённых условиях; прим. 1 — в некоторых областях называется measuring range; прим. 2 — нижний предел не путать с пределом обнаружения

Нашли ошибку?