USB-тестер, або спроба номер два

Не так давно я зробив огляд USB-тестера з певною «особливістю». У коментарях і до огляду, і до відео розгорнулася досить бурхлива дискусія, тож сьогодні я спробую пояснити, що ж це було.
Словом, скандали, інтриги, розслідування.


Насправді сьогодні буде огляд одразу двох тестерів, а відповідь на запитання про «китайську математику» буде наприкінці огляду, тож ті, хто хоче одразу дізнатися результат, можуть сміливо перемотати огляд у самий кінець.

Я замовив кілька USB-тестерів. Ну як кілька — лот із 10 штук, ціна нормальна, от і замовив. А коли отримав, то подумав: чи не написати мені огляд?
Звісно, багато хто скаже: та всі ці «тестери» вже мільйон разів оглядали, і, звісно, матимуть рацію. Але так уже вийшло, що я не пам’ятаю жодного огляду, де, крім перевірки базових характеристик, перевіряли б ще й правильність підрахунку ємності, що пройшла через пристрій. І це зрозуміло: кому спаде на думку, що прилад, правильно вимірюючи струм і напругу, може неправильно рахувати? Адже це математика початкових класів.
Словом, назрів у мене ще один невеликий огляд, у якому я покажу пару вже відомих USB-тестерів, але перевірю їх ретельніше.


Замовлений товар прийшов досить швидко, компактно запакований у картонну коробку.


Як і було замовлено, у лоті 10 штук. Одинадцятий тестер і сірникову коробку показано «за компанію».


Заявлені характеристики. Цікаво, що ніде не вказано заявлену похибку. Тому формально навіть у разі проблеми щось пред’явити продавцеві буде складно. По суті, це правильно, адже назвати цей пристрій вимірювальним приладом можна з великою натяжкою.


Зовні він точнісінько такий самий, як попередній тестер, різниця лише в кольорі корпусу. Хоча насправді навіть це не така вже й різниця, адже у продавця є два варіанти цих тестерів — темний і світлий.


Розбирається так само незручно: пластмаса досить крихка, а засувки тугі. Але тут стає помітною щонайменше ще одна відмінність: дисплей не РК, а OLED.


Видно, що дисплей трохи більший, та й плата блакитна, а не чорна.


Але значно більші зміни помітні зі зворотного боку плати. Насамперед явно вища якість складання, до того ж на платі немає слідів флюсу.


Оскільки встановленому тут OLED-дисплею не потрібен окремий контролер, плата виглядає порожнішою.


Маркування контролера стерте, хоча, як на мене, варіантів тут не так уже й багато — найімовірніше, якийсь STM.
Пристрій живиться через лінійний стабілізатор, як і попередній варіант.


Але біля вихідного роз’єму є значно важливіша відмінність. По-перше, шунт має опір не 50, а 25 мОм, тому падіння напруги на ньому також удвічі менше і за струму 2 А становить не 0,1 В, а 0,05 В.
Крім того, тут застосовано операційний підсилювач для підсилення напруги з шунта, а це вже набагато правильніше, ніж подавати сигнал безпосередньо на мікроконтролер.
Річ у тім, що мікроконтролеру важко вимірювати такі малі значення напруги, і зазвичай це призводить до зниження точності, особливо поблизу нуля.


Більшу частину плати займає полігон загального проводу, але й доріжка живлення також досить широка. У характеристиках заявлено струм до 5 А. На мій погляд, це дуже оптимістично, тим паче що, наприклад, я не бачу особливого сенсу в струмах понад 3 А: проблеми почнуться вже через перегрів USB-роз’єму, а не через втрати на доріжках.
Але все одно великі полігони й широка доріжка живлення позитивно впливають на характеристики.


Як я писав вище, встановлено OLED-дисплей. По-своєму це добре, адже на одному екрані можна вмістити більше інформації, ніж на дешевому РК-дисплеї. Але є й мінус — яскравість помітно нижча. До того ж під час підключення створюється ефект поступового ввімкнення — приблизно за 0.5 секунди екран ніби «розгорається».
Темний пластик також має чималий вплив: без нього екран світить яскравіше, хоча й не кардинально; на фото різниця помітніша, ніж у реальному житті.


При послідовному з’єднанні (без навантаження) частина тестерів показала приблизно однакове значення, але деякі «вибилися із загального стада», наприклад, один узагалі показав 5.09, хоча наступні тестери показували 5.12.
Одразу скажу: хоча дисплей має роздільну здатність до 0.01 Вольта, насправді значення виводиться з кроком 0.03-0.04 Вольта, це видно на фото.


Порівняння точності вимірювання напруги. Оскільки мене цікавило відносне значення, я не вимірював напругу блока живлення — мені було достатньо того, що вона не «плаває».
Видно, що розкид становить близько 0.07 Вольта, причому розподіл приблизно рівномірний.


Але трапився один вельми дивний екземпляр, який «самоходить». Навіть без навантаження він показує струм 0.01 Ампера і, відповідно, рахує і мВт·год, і мА·год.
Заодно тут я з’ясував, що в цієї моделі немає «нижньої межі», точніше, вона становить 0.01 А, а не 0.2А, як у попередньої моделі, огляд якої я робив. Добре це чи погано — важко сказати, залежить від ситуації; на мій погляд, краще, коли рахує майже від нуля.


Повний тест показав, що більшість «тестерів» трохи занижує напругу; нижче на фото показаний дев’ятий «піддослідний».


Власний струм споживання майже не залежить від вхідної напруги й становить близько 7.5мА. Цей струм не враховується під час вимірювання, тому на результат не впливає.


Тест струмом 1 і 2 Ампера; нижче наведені попарні фото, порядок «піддослідних» відповідає показаному вище.
Загалом більшість не виходить за одиницю в останньому розряді, що дуже добре, але є екземпляри з меншою точністю. Найгірший — екземпляр номер 5: до 5% за струму 1 Ампер.


Вимірювання струму в діапазоні від 100мА до 3 Ампер; порядок такий: до струму 1 Ампер включно — кроком 100мА (100, 200, 200), вище — кроком 200мА (1.2, 1.4).
Піддослідний номер п’ять — найгірший. Видно, що в усьому діапазоні він показує на 30-50 менше за реальне значення.


Усе те саме, але тестер номер дев’ять — один із найточніших у партії. Відхилення від реального струму становило 10-20мА, причому рівномірно розподілялося по всьому діапазону: на менших струмах занижує, на більших — завищує. Відзначу коректне вимірювання струму 100мА.
Більшість тестерів у партії показують схожі результати.


Ну і, звісно, тест точності вимірювання ємності, а заодно й перевірка дрейфу параметрів у міру прогрівання.
Струм навантаження — 2 Ампера, час — 1 година, відповідно, має показати 2000мА·год, але оскільки підрахунок ведеться за показами вбудованого вимірювача, то й «математику» тестерів перевіряємо за виміряними значеннями.

Тестер номер п’ять — найгірший.
Результат близький до реального, але оскільки тестер трохи занижує покази, він мав би показати 1970мА·год, а показав 1903мА·год, що загалом прийнятно.
Цікаво, що ємність у мВт·год також занижена: замість 9593 тестер показав 9266. Вбудований таймер трохи «відстає», але не настільки, щоб отримати такий результат.


Тестер номер дев’ять — один із найточніших.
Під час тесту покази «стрибали» на рівні 2.01-2.02 Ампера; простіше вважати, що було 2.15, напруга — 4.87 Вольта.
Також є невелике заниження виміряної ємності в мА·год: замість 2015 отримано 1956; з ємністю в мВт·год та сама картина.
Цікаво, що таймер цього екземпляра трохи «поспішає» — на 11 секунд за годину.


Ну і просто заради експерименту — тест дев’ятого екземпляра струмом 1 Ампер; результат занижений на 3% відносно розрахункового: замість 1000 показав 970мА·год. Така сама похибка і у вимірюванні мВт·год.


Про всяк випадок, щоб не було непорозумінь: усі тести проводилися в тих самих режимах і з тими самими пристроями, що й минулого разу; повторюваність експерименту — 99%.


А тепер — «скандали, інтриги, розслідування», які я обіцяв на самому початку.

Коли всі матеріали для огляду вже були готові, я отримав ще кілька тестерів іншої моделі. Саме щодо цього типу тестера точилися бурхливі дискусії, і я просто не зміг пройти повз, тому трохи відклав вихід огляду й вирішив протестувати ще й його.
Мені писали, що все через «неправильний» БЖ, некоректний тест за допомогою електронного навантаження, велику похибку вимірювання тощо. Але огляд називався «USB-тестер, або тонкощі китайської математики», тож саме цю математику ми й перевіримо, а заразом дізнаємося, «хто ж винен».

Тестери куплені в іншого продавця, посилання на товар, ціна — $2.80 без урахування доставки, але оскільки я замовляв не один екземпляр, то вийшло лише трохи дорожче.


Розбирання тестера показало, що старий і новий відрізняються лише номіналом струмовимірювального шунта: 25 мОм у нового проти 50 мОм у старого. Усі інші компоненти повністю ідентичні.


Причому цю відмінність можна помітити, навіть не розбираючи корпус.


Для початку — базові тести.
Точність вимірювання напруги. Тут, звісно, результати гірші, ніж у варіанта, показаного вище, але ненабагато.


Зате струм споживання менший: 5–6 мА проти 7.5.


А ось результати вимірювання струму помітно гірші. Як зазвичай, я перевіряв за двох значень струму — 1 і 2 Ампери, але на фото видно, що покази явно відрізняються від реальних.


Тест у всьому діапазоні — від 100 мА до 3 Ампер. Процедура та сама: до 1 Ампера — кроком 100 мА, вище — кроком 200 мА.
Оскільки в цій моделі напруга на шунті вимірюється безпосередньо мікроконтролером, за малих струмів помітна велика похибка. Наприклад, струм 100 мА взагалі ніяк не відображається, а замість 200 мА показує лише 60.

Вище я писав, що за прямого підключення контролеру важко вимірювати малі значення напруги, які надходять із шунта. Ось, як то кажуть, і результат.


Але найбільше мене цікавила точність підрахунку ємності. Причому, по суті, мене цікавила не точність як така, а наявність різниці з попереднім екземпляром.
І результат є, причому цілком однозначний. Але спочатку про сумне: покази вимірювання струму зростали в міру прогрівання, причому помітно більше, ніж у варіанта з попереднього огляду. Наприклад, спочатку цей екземпляр показував 1.99 Ампера, але через 20 хвилин уже 2.13 Ампера.
А ось результат вимірювання ємності цілком коректний. За розрахунками мало показати близько 2130 мА·год, а показало 2109, що цілком збігається з розрахунковим значенням, адже до прогрівання виміряний струм був усе-таки трохи меншим.


Гаразд, беремо ще один екземпляр. Спочатку його амперметр показував значно занижені значення, але під час прогрівання вони попливли в бік завищених.
У підсумку мало нарахувати 2090–2100, а показало 2067. При цьому тут також треба враховувати, що в холодному стані результат вимірювання струму був нижчим.


Тепер повернімося майже на пів року назад, коли я тестував такий самий тестер.
Виміряний «тестером» струм був у межах 2.10–2.14 Ампера, мало нарахувати максимум 2140 мА·год, реально — ближче до 2100, але в результаті отримали майже 2500.
Саме це я й намагався донести до читачів і глядачів, але, на жаль, зрозуміли не всі :(

У чому ж причина?
А причина якраз банальна — помилка в ПЗ. Ви, звісно, запитаєте: до чого тут ПЗ, якщо ми явно бачили на платі інший шунт?
Річ у тім, що за прямого підключення шунта, без подільників чи підсилювачів, замінити шунт можна лише з одночасною зміною програми, у якій враховано інший опір шунта і, відповідно, іншу напругу на ньому.
Але, схоже, насправді змінили не лише це, а й використовують інший алгоритм підрахунку мА·год.
Тому можу з упевненістю на 99% сказати: якщо у вас стоїть шунт із написом R025, результати вимірювання струму будуть гіршими, зате тестер рахуватиме коректно. А якщо написано R050, усе буде навпаки: вимірювання струму буде трохи коректнішим, але підрахунок ємності повністю провалиться.
Підозрюю, що один виробник украв вихідний код в іншого, але змінив номінал шунта. Ділянку коду, що відповідає за вимірювання струму, скоригували, але десь виліз глюк у підрахунку ємності. У підсумку «маємо те, що маємо».


Відео, у якому я розповідаю про тестер із попереднього огляду.


На цьому все, час підбити короткі підсумки.

Якщо вибирати з двох моделей, показаних в огляді, то мені більше сподобалася перша. Коректніша схемотехніка, покази не змінюються з температурою, краща точність під час вимірювання малих значень струму. Але все-таки є елемент випадковості: наприклад, може трапитися приладчик, який щось показує за нульового струму. Також тест показав, що результат вимірювання ємності занижений приблизно на 3% — і в мА·год, і у мВт·год.

Другий тестер вимірює ємність правильно, але через убогу схемотехніку замість вимірювання струму ви можете отримати що завгодно, тільки не реальне значення. Причому відкалібрувати його не вдасться, адже ця похибка закладена на «генному рівні».

Ну а для себе я з’ясував не лише причину некоректного вимірювання ємності попереднім тестером, а й знайшов відмінність між моделями, за якою можна визначити тестер із нормальною математикою та «китайською».

На цьому все. Сподіваюся, огляд був корисним і допоможе відповісти на деякі запитання, які обговорювали в коментарях до попереднього огляду.