Dlaczego oscyloskopy cyfrowe są tak drogie?

Jestem początkującym w elektronice hobbystycznej i zastanawiam się, dlaczego oscyloskopy cyfrowe są tak drogie?

W czasach tanich procesorów GHz, modemów USB 3, ADSL, odbiorników DVB-S, odtwarzaczy Blu-ray, które wszystkie mają niezwykłe częstotliwości zegara / częstotliwości próbkowania, zastanawiam się, dlaczego oscyloskopy cyfrowe są w stanie próbkować sygnały o szerokości pasma 10 MHz są nadal bardzo drogie, 100 MHz jest już wysokiej klasy.

Jak można to wyjaśnić?
Czym różni się ADC od oscyloskopów cyfrowych od jednego z wyżej wymienionych urządzeń?

Najpierw zgodziłbym się z innymi plakatami co do ekonomii skali . Urządzenia konsumenckie są produkowane w milionach, podczas gdy taki rynek nie istnieje dla oscyloskopów cyfrowych.

Po drugie, oscyloskopy są urządzeniami precyzyjnymi . Muszą przejść rygorystyczną kontrolę jakości, aby upewnić się, że spełniają one oczekiwane standardy. To dodatkowo zwiększa koszty.

Jeśli chodzi o przepustowość. Kryterium Nyquista stwierdza, że ​​częstotliwość próbkowania powinna wynosić co najmniej dwukrotność częstotliwości, którą chcesz zmierzyć. Ale nawet przy dwukrotnym tempie jest to w najlepszym wypadku okropne. Rozważ następujące zdjęcia:

Podpisy na wykresie opowiadają historię. Musisz znacznie przekroczyć określoną szerokość pasma, aby uzyskać dokładną reprezentację sygnału wejściowego fali prostokątnej (harmoniczne wysokiej częstotliwości). A większa przepustowość = większy koszt.

Ostatecznie precyzja, przepustowość i ograniczone wielkości produkcji, które podnoszą ceny.

Ekonomia skali - inne wymienione przez ciebie produkty to urządzenia konsumenckie, produkowane w milionach. Oscyloskopy będą produkowane w tysiącach (lub mniej), co stanowi ogromną różnicę w zamortyzowanym R&D, BOM (zestawienia materiałowego) i kosztach montażu.

Główną przyczyną są niższe wielkości produkcji, a po drugie, kupujesz sprzęt testowy, który jest czymś wyjątkowym. Jeśli spojrzysz tylko na porzucenie taniego DSO, takiego jak Rigol DS1052zobaczysz, co jest wymagane, aby zrobić niski zakres. Mają 5 podwójnych ADC (przetaktowanych, więc już obniżają ceny!). Jeśli te ADC miały po 4 USD (losowe przypuszczenie, bardzo duże ilości), to już 20 USD na ADC. Obwody cyfrowe do napędu i odczytu ADC są prawdopodobnie również bardzo drogie (procesory FPGA, CLPD, DSP nie są tanie). Wydaje mi się, że analogowa nakładka z łatwością dodaje 25 $. Potem są koszty PCB, produkcja, obudowa, kolorowy ekran, płyta panelu przedniego, zasilacz, boks, wysyłka i inżynierowie płacący za zaprojektowanie / wsparcie. Nie rozumiem, jak sprzedaliby ten produkt za jeszcze mniej. Myślę, że DS1052E kosztuje około 300 euro w Europie.

Jeśli spojrzeć na porzucenie znacznie droższego systemu DSO, takiego jak Agilent 3000X , myślę, że duża część ceny przypada na produkcję i projektowanie tych układów ASIC. Układy scalone ASIC to specjalnie zaprojektowane cyfrowe układy scalone. To jak FPGA, ale z większą prędkością i „przestrzenią”. Wyobraź sobie, że projektujesz układ całkowicie dostosowany do Twojego produktu. Jestem pewien, że zejście z nich będzie kosztowało dużo pieniędzy.

Wracając do wydajności „w porównaniu z komputerem”: te układy ASIC przetwarzają przebiegi 1M na sekundę. Mówiąc inaczej, jeśli masz procesor działający w paśmie 3GHz, miałby tylko 3000 tyknięć zegara między każdym punktem wyzwalania, aby przetworzyć przebieg. Jak myślisz, ile punktów znajduje się w pamięci przebiegów? Może to być 4K. Oznaczałoby to, że procesor musi przetworzyć 4/3 próbki w jednym zegarku. Nie ma mowy! Co więcej, komputery konsumenckie i ich szybkość przetwarzania są zbudowane wokół systemu operacyjnego, magistrali PCI-e i bardzo skomplikowanych urządzeń wysokiej klasy. Starsze high-endowe zakresy wykorzystywały płytki PC do późniejszej analizy. Nie są wystarczająco szybkie, aby przetwarzać, wyświetlać i analizować przebiegi jednocześnie.

Należy również pamiętać, że zakres ten ma maksymalną prędkość próbkowania (w czasie rzeczywistym) (więc nie jest to oszustwem programowym) przy 4GSa / S. Jeśli włączysz takie funkcje jak wyzwalanie protokołu szeregowego (tj. Wysyłasz znak „A” przez magistralę szeregową, spowoduje to zasięg), potrzebujesz do tego tylko niestandardowego sprzętu. Oczywiście wyświetlany zakres kosztuje 12 tys. USD (dostajesz też porządny samochód, który teraz się reklamuje!), Ale najwyraźniej inżynierowie potrzebują tych narzędzi, i to jest potrzebne, aby tak się stało.

Kupiłem oscyloskop Rigol DS1052E, na podstawie eevbloga Dave'a Jonesa nr 37 zburzonego, w maju tego roku za 257,76 £ + 31,20 £, śledzone, (warte obejrzenia na całym świecie, zajęło dwa tygodnie) od BestOfferBuy . Jestem z tego zachwycony i widzę, że obecnie kosztuje on około 215 funtów bez wysyłki. Istnieje inna wersja z 16-kanałowym analizatorem cyfrowym.

Nie mam połączenia z Rigol ani BestOfferbuy, chyba że jestem zachwyconym klientem.

W tej informacji prasowej rzekomo opisano, w jaki sposób można je taniej wytwarzać bez utraty jakości:

Przechytrzenie lokalnej konkurencji zdobywa światowe uznanie

Późny marszałek Izby Reprezentantów USA Tip O'Neill powiedział kiedyś: „Cała polityka jest lokalna”. Rigol Technologies, producent instrumentów w Pekinie, mógł napisać następstwo tego oświadczenia: „Cały biznes ma charakter lokalny”.

Firma, założona w lipcu 1998 roku, wprowadziła na rynek swój pierwszy produkt - wirtualny oscyloskop przeznaczony do pracy z komputerem - w niecały rok. Sukces firmy doprowadził firmę do opracowania kompletnych, niezależnych oscyloskopów, a także do innych obszarów związanych z instrumentami. W 2006 roku firma wprowadziła cyfrowy oscyloskop DS 1000C, który zyskał szerokie uznanie w Chinach.

Zakres był przełomem dla Rigola, zapewniając niewielki rozmiar, głęboką pamięć, szerokie opcje przepustowości i niską cenę. Jego sukces przyniósł także powszechną formę pochlebstwa: imitację. Do 2007 r. Rigol był drugim producentem DSO w Chinach, wytwarzającym ponad 40 000 DSO rocznie. W tym samym roku zaczęły pojawiać się kopie lunety kilku chińskich producentów. W Chinach, gdzie ochrona własności intelektualnej wciąż dojrzewa, praktyka „odrzucenia” projektu innej osoby była powszechna. (Od tego czasu Rigol skutecznie pozwał kopistów.)

Szybkie kopiowanie produktów Rigola skłoniło firmę do zbadania strategii biznesowej. Wydostanie się z rynku niskiej klasy nie było tak naprawdę możliwe, biorąc pod uwagę znaczenie rynku edukacyjnego dla obecnych i przyszłych planów biznesowych Rigola. Inną możliwością było znalezienie technicznego sposobu na oddalenie się od kopistów. Wang Yue, założyciel i prezes Rigol, a także kluczowy architekt systemu dla większości głównych platform instrumentacyjnych firmy, postanowił wykorzystać zasoby R&D firmy Rigol, siłę nabywczą i niskie koszty produkcji, aby stworzyć produkt, który nawet ci, którzy go skopiowali nie mogłem zaniżać cen.

Ponieważ Rigol używa gotowych komponentów, jest największym na świecie nabywcą komercyjnych ADC i innych części DSO. Wykorzystał więc tę siłę nabywczą do zmniejszenia kosztów części. Wierząc, że może to podwoić wolumen, ponieważ obniżyło cenę, zespół badawczo-rozwojowy postanowił stworzyć szybki projekt z rocznym cyklem projektowania produktu. Zespół produkcyjny stworzył sposób na zwiększenie objętości przy niewielkich dodatkowych kosztach i ogólnie niższym średnim koszcie.

Rezultatem była grupa produktów DS 1000E. Linia odnosi sukcesy nie tylko na rynku krajowym, ale także w Europie i obu Amerykach.

Nie wiem zbyt wiele o polityce i biznesie (niskie wymagania dotyczące wielkości produkcji i precyzji wydają się rozsądnym wyjaśnieniem), ale wiem, że układy przetworników analogowo-cyfrowych mogą być bardzo drogie. Na Digikey mogą spotkać tysiące, a najdroższy układ kosztuje 14 000 $ na jeden kanał ADC!

Artykuł w Wikipedii na temat ADC wyjaśnia, w jaki sposób te układy stają się tak drogie:

$2^N - 1$

$2^{10}=1024$

Szybsze (GSa / s) układy zwykle są tego rodzaju wysokowydajnymi ADC. W przypadku gigasample 4-kanałowego oscyloskopu mogą one z łatwością dodać 4000 $ do ceny.

W porównaniu do zakresów analogowych, zakresy cyfrowe wcale nie są drogie. Nie sądzę, że jest to technologia tak bardzo, jak rynek małych ilości, jak właśnie powiedział tcrosley. Nawet jeśli zbudowałeś lunetę z najbardziej dostępnych masowo części, nadal będzie istniał koszt inżynierii jednorazowej (NRE) przy projektowaniu rzeczy, i to w zasadzie za NRE, za którą płacisz.