¿Por qué los osciloscopios digitales siguen siendo tan caros?

En primer lugar, estoy de acuerdo con otros afiches en cuanto a economía de escala . Los dispositivos de consumo se producen en millones, mientras que tal mercado no existe para los osciloscopios digitales.

En segundo lugar, los osciloscopios son dispositivos de precisión . Deben someterse a un riguroso control de calidad para garantizar que cumplen con los estándares esperados. Esto aumenta aún más los costos.

En cuanto al ancho de banda. El criterio de Nyquist establece que la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia que desea medir. Pero incluso al doble de la tasa, en el mejor de los casos es terrible. Considere las siguientes imágenes:

Las leyendas del gráfico cuentan la historia. Debe obtener una gran cantidad de ancho de banda especificado para obtener una representación precisa de la señal de entrada de onda cuadrada (armónicos de alta frecuencia). Y mayor ancho de banda = mayor costo.

Al final, la precisión, el ancho de banda y las cantidades de producción limitadas que aumentan los precios.

Economía de escala: los otros elementos que mencionó son dispositivos de consumo, fabricados en millones. Los osciloscopios se fabricarán en miles (o menos), lo que representa una gran diferencia en la R & D, BOM (lista de materiales) amortizada y los costos de ensamblaje.

Los menores volúmenes de producción son una causa importante y, en segundo lugar, está comprando equipos de prueba, que es algo especial. Si solo observa el desmontaje de un DSO barato como un Rigol DS1052 verá lo que se necesita solo para hacer un alcance de entrada baja. Tienen 5 ADC dobles (overclockeado, ¡así que eso ya reduce los precios!). Si esos ADC fueran de $ 4 cada uno (una estimación aleatoria, cantidades muy grandes), eso ya es de $ 20 en ADC. Los circuitos digitales para conducir y leer los ADC también son muy caros (los procesadores de FPGA, CLPD, DSP no son baratos) Supongo que la interfaz analógica se suma a 25 $ fácilmente también. Luego están los costos de PCB, la fabricación, la carcasa, la pantalla a color, la placa del panel frontal, la fuente de alimentación, el boxeo, el envío y los ingenieros de pago para el diseño / soporte. No puedo ver cómo venderían ese producto por menos. Creo que la DS1052E es de unos 300 euros aquí en Europa.

Si observa el desmontaje de un DSO mucho más costoso como Agilent 3000X , Creo que una gran cantidad del precio se destina a la producción y el diseño de esos chips ASIC. Los chips ASIC son IC digitales diseñados a medida. Es como un FPGA, pero con más velocidad y 'espacio'. Imagina que diseñas un chip completamente acostumbrado a tu producto. Estoy seguro de que les costará mucho dinero despegar.

Volviendo al rendimiento 'versus PC': esos ASIC procesan formas de onda de 1M por segundo. Para poner eso en perspectiva, si tiene un procesador funcionando a 3GHz, solo tendría 3000 tics de reloj entre cada punto de disparo para procesar la forma de onda. ¿Cuántos puntos crees que hay en una memoria de formas de onda? Bueno, puede ser 4K. Eso significaría que el procesador debe procesar 4/3 de una muestra en 1 clocktick. ¡De ninguna manera! Además, las PC de los consumidores y su velocidad de procesamiento están integradas en torno al sistema operativo, los buses PCI-e y elementos de alta gama muy complejos. Los alcances de gama alta más antiguos utilizaban tableros de PC para el análisis posterior. No son lo suficientemente rápidos para procesar, mostrar y analizar formas de onda al mismo tiempo.

También tenga en cuenta que este alcance tiene una velocidad de muestreo máxima (en tiempo real) (por lo que no se puede engañar con el software) en 4GSa / S. Si incluye funciones como la activación del protocolo serie (es decir, si envía el carácter 'A' a través de un bus serie, se activará el alcance), solo necesita hardware personalizado para hacerlo. Por supuesto, el alcance visualizado cuesta $ 12K (¡te da un auto decente ahora también!) Pero aparentemente los ingenieros requieren estas herramientas, y esto es lo que se necesita para que esto suceda.

Compré un osciloscopio Rigol DS1052E, sobre la base del desglose del eevblog # 37 de Dave Jones, en mayo de este año por £ 257,76 + £ 31,20 de franqueo, (vale la pena verlo acercarse a todo el mundo) semanas) de BestOfferBuy . Estoy encantado con eso, y veo que ahora tiene un precio de alrededor de £ 215, sin gastos de envío. Hay otra versión con un analizador digital de 16 canales incluido.

No tengo conexión con Rigol o BestOfferbuy excepto como un cliente encantado.

Este comunicado de prensa supuestamente describe cómo pueden producirlo de manera tan barata sin sacrificar la calidad:

  

Superando a la competencia local, gana reconocimiento mundial

     

El difunto orador de la Cámara de Representantes de EE. UU. Consejo O’Neill una vez   dijo: "Toda la política es local". Tecnologías Rigol, un Beijing   fabricante de instrumentos, puede haber escrito el corolario de esa declaración: "Todos   el negocio es local ".

     

Fundada en julio de 1998, la compañía lanzó su primer producto, un   Osciloscopio virtual diseñado para trabajar con una PC, en menos de un   año. Su éxito llevó a la empresa a desarrollarse de manera completa e independiente.   Osciloscopios, así como para ramificarse en otros instrumentos relacionados   áreas En 2006, la compañía presentó el almacenamiento digital DS 1000C.   Osciloscopio, que ganó amplia aclamación en China.

     

El alcance fue un gran avance para Rigol, proporcionando un factor de forma pequeño,   Memoria profunda, opciones de ancho de banda amplio y bajo precio. Y su exito   También trajo una forma común de adulación: la imitación. En 2007, Rigol era   el fabricante No. 2 de DSO en China, que produce más de 40,000 DSO a   año. El mismo año, copias del alcance de unos pocos chinos.   Los fabricantes también comenzaron a aparecer. En china, donde   La protección de la propiedad intelectual aún está madurando, la práctica de   "burlar" el diseño de otra persona era común. (Rigol tiene desde   demandó con éxito a los copistas.)

     

La rápida copia de los productos de Rigol hizo que la compañía examinara sus   estrategia de negocios. Salir del mercado de gama baja no era realmente   posible, dada la importancia del mercado de la educación para Rigol   Planes de negocios actuales y futuros. La otra posibilidad era encontrar un   Manera técnica de distanciarse de los copistas. Wang Yue, el   fundador y presidente de Rigol, así como el arquitecto clave del sistema   Para la mayoría de las principales plataformas de instrumentación de la compañía, decidió   use los recursos de I + D de Rigol, el poder de compra y los bajos costos de fabricación   para crear un producto que incluso aquellos que lo copiaron no pudieron venderlo.

     

Debido a que Rigol utiliza componentes comerciales, es el más grande del mundo.   Comprador de ADCs comerciales y otras partes DSO. Así que usé esto   Poder adquisitivo para reducir costos de repuestos. Creyendo que podría duplicarse   Volvió a aumentar el volumen al reducir el precio, el equipo de R & D se dispuso a crear un   Proyecto de respuesta rápida con un ciclo de diseño de producto de un año. los   El equipo de fabricación creó una forma de aumentar el volumen con poco más.   costo y en general un costo promedio más bajo.

     

El resultado fue el grupo de productos DS 1000E. La línea no solo es   teniendo éxito en su mercado interno, pero también en Europa y América.

En comparación con los ámbitos analógicos, los ámbitos digitales no son caros en absoluto. No creo que sea tanto la tecnología como el mercado de bajo volumen, como acaba de decir tcrosley. Incluso si construyes el alcance con la mayoría de las piezas producidas en masa disponibles, seguiría habiendo un costo de ingeniería no recurrente (NRE) en el diseño de la cosa, y es básicamente la NRE lo que estás pagando.

No sé demasiado sobre política y negocios (el volumen de producción bajo y los requisitos de precisión parecen explicaciones razonables), pero sé que los chips convertidores de analógico a digital pueden ser muy costosos. En Digikey, pueden llegar a los miles, y el chip más caro es $ 14,000 para un solo canal ADC!

El artículo Wikipedia en los ADC explica cómo estos chips se vuelven tan caros:

  

La conversión directa es muy rápida, capaz de gigahertz tasas de muestreo,   pero usualmente tiene solo 8 bits de resolución o menos, ya que el número   de los comparadores necesarios, \ $ 2 ^ N - 1 \ $, se duplica con cada bit adicional,   requiriendo un circuito grande y caro.

Los chips baratos se basan en convertir una medición de voltaje en una medición de tiempo, como cargar un capacitor y medir el tiempo. Sin embargo, esto limita la velocidad a la que se puede ejecutar el chip. Los más rápidos funcionan en paralelo utilizando un circuito de comparación de voltaje para cada nivel de voltaje. Esto significa que un ADC de 10 bits necesita \ $ 2 ^ {10} = 1024 \ $ comparadores por entrada, más circuitos para convertir cada uno en un número binario. Todo esto significa que los chips necesitan grandes áreas de silicio, lo que aumenta los costos de manera increíblemente rápida (pregunte a Intel). Estoy seguro de que el requisito de precisión también aumenta el costo, y quizás también los problemas de capacitancia de entrada cuando la señal llega a 1000 circuitos internos.

Los chips más rápidos (GSa / s) tienden a ser este tipo de ADC de alto rendimiento. Así que para un osciloscopio de 4 canales de muestra gigante, estos podrían agregar fácilmente $ 4,000 a la etiqueta de precio.