Почему цифровые осциллографы до сих пор такие дорогие?

Во- первых, я бы согласился с другими плакатами в отношении экономики масштаба . Потребительские устройства производятся миллионами, тогда как для цифровых осциллографов такого рынка не существует.

Во- вторых, осциллографы являются прецизионными приборами . Они должны пройти строгий контроль качества, чтобы гарантировать, что они соответствуют ожидаемым стандартам. Это еще больше увеличивает затраты.

Что касается пропускной способности. Критерий Найквиста гласит, что частота дискретизации должна как минимум вдвое превышать частоту, которую вы хотите измерить. Но даже при удвоенной скорости это в лучшем случае ужасно. Рассмотрим следующие картинки:

Подписи к графикам рассказывают историю. Вам необходимо значительно превысить указанную полосу пропускания, чтобы получить точное представление входного сигнала прямоугольной формы (высокочастотные гармоники). А большая пропускная способность = большая стоимость.

В конце концов, точность, пропускная способность и ограниченные объемы производства повышают цены.

Экономия за счет масштаба — другие товары, о которых вы упомянули, — это потребительские устройства, выпускаемые миллионами. Осциллографы будут производиться тысячами (или меньше), что имеет огромное значение в амортизированных затратах на исследования и разработки, спецификации (ведомости материалов) и сборке.

Меньшие объемы производства являются основной причиной, и, во-вторых, вы покупаете испытательное оборудование, которое является чем-то особенным. Если вы только посмотрите на разборку дешевого DSO, такого как Rigol DS1052вы увидите, что требуется только для того, чтобы сделать область с низким входом. У них 5 двойных АЦП (разогнан, так что уже снижает цену!). Если бы эти АЦП стоили 4 доллара каждый (случайное предположение, очень большое количество), то это уже 20 долларов на АЦП. Цифровые схемы для управления и считывания АЦП, вероятно, тоже очень дороги (процессоры FPGA, CLPD, DSP недешевы). Я думаю, что аналоговый интерфейс также легко добавляет около 25 долларов. Кроме того, есть расходы на печатную плату, производство, корпус, цветной экран, плату передней панели, блок питания, упаковку, доставку и оплату инженерам для ее разработки/поддержки. Я не понимаю, как они будут продавать этот продукт еще дешевле. Я думаю, что DS1052E стоит около 300 евро в Европе.

Если вы посмотрите на разборку гораздо более дорогого DSO, такого как Agilent 3000X , я думаю, что большая часть цены уходит на производство и разработку этих чипов ASIC. Чипы ASIC представляют собой специально разработанные цифровые ИС. Это похоже на FPGA, но с большей скоростью и «пространством». Представьте, что вы разрабатываете чип, полностью адаптированный к вашему продукту. Я уверен, что это будет стоить им больших денег, чтобы подняться с мертвой точки.

Возвращаясь к производительности «по сравнению с ПК»: эти ASIC обрабатывают 1 миллион сигналов в секунду. Чтобы представить это в перспективе, если у вас есть процессор, работающий на частоте 3 ГГц, у него будет только 3000 тактовых импульсов между каждой точкой запуска для обработки сигнала. Как вы думаете, сколько точек находится в памяти осциллограмм? Ну может быть 4К. Это означает, что процессор должен обработать 4/3 выборки за 1 такт. Ни за что! Кроме того, потребительские ПК и их скорость обработки основаны на операционной системе, шинах PCI-e и очень сложных компонентах высокого класса. В старых высококлассных осциллографах для постанализа использовались печатные платы. Они недостаточно быстры для одновременной обработки, отображения и анализа сигналов.

Также обратите внимание, что этот осциллограф имеет максимальную (в реальном времени) скорость выборки (поэтому его не обманывают с помощью программного обеспечения) на уровне 4 Гвыб/с. Если вы включаете такие функции, как запуск последовательного протокола (т.е. вы отправляете символ 'A' по последовательной шине, он запускает осциллограф), вам просто нужно специальное оборудование для этого. Конечно, показанный прицел стоит 12 000 долларов (теперь вы тоже можете получить приличную машину!), но, очевидно, инженерам нужны эти инструменты, и это то, что нужно, чтобы это произошло.

Я купил осциллограф Rigol DS1052E на основе демонтажа блога Дэйва Джонса № 37 в мае этого года за 257,76 фунтов стерлингов + почтовые расходы 31,20 фунтов стерлингов, отслеживаемый (стоит того, чтобы посмотреть, как он приближается по всему миру, это заняло две недели) от Лучшее предложениеКупить . Я в восторге от него, и я вижу, что сейчас он стоит около 215 фунтов стерлингов без учета почтовых расходов. Существует еще одна версия с 16-канальным цифровым анализатором.

Никакого отношения к Rigol или BestOfferbuy я не имею, кроме как в качестве восторженного покупателя.

В этом пресс-релизе якобы описывается, как они могут производить его так дешево, не жертвуя качеством:

Перехитрить местных конкурентов завоевывает мировое признание

Покойный спикер Палаты представителей США Тип О'Нил однажды сказал: «Вся политика локальна». Rigol Technologies, пекинский производитель инструментов, возможно, написал вывод из этого утверждения: «Вся деятельность носит локальный характер».

Основанная в июле 1998 года, компания менее чем за год выпустила свой первый продукт — виртуальный осциллограф, предназначенный для работы с ПК. Его успех привел компанию к разработке полноценных автономных осциллографов, а также к расширению деятельности в других областях, связанных с приборами. В 2006 году компания представила цифровой запоминающий осциллограф DS 1000C, получивший широкое признание в Китае.

Осциллограф стал прорывом для Rigol, обеспечив малый форм-фактор, большой объем памяти, широкие возможности пропускной способности и низкую цену. И его успех также принес распространенную форму лести: подражание. К 2007 году Rigol был производителем DSO № 2 в Китае, производя более 40 000 DSO в год. В том же году стали появляться копии прицела от нескольких китайских производителей. В Китае, где защита интеллектуальной собственности все еще развивается, практика «подделки» чужого дизайна была обычным явлением. (С тех пор Ригол успешно подал в суд на переписчиков.)

Быстрое копирование продуктов Rigol заставило компанию пересмотреть свою бизнес-стратегию. Выбраться из бюджетного рынка было невозможно, учитывая важность образовательного рынка для текущих и будущих бизнес-планов Rigol. Другая возможность заключалась в том, чтобы найти технический способ дистанцироваться от переписчиков. Ван Юэ, основатель и президент Rigol, а также главный системный архитектор большинства основных инструментальных платформ компании, решил использовать научно-исследовательские ресурсы Rigol, покупательную способность и низкие производственные затраты для создания продукта, который понравится даже тем, кто его скопировал. не мог продавать меньше.

Поскольку Rigol использует готовые компоненты, он является крупнейшим в мире покупателем коммерческих АЦП и других компонентов DSO. Таким образом, компания использовала эту покупательную способность для снижения стоимости запчастей. Полагая, что это может снова удвоить объем, поскольку это привело к снижению цены, команда R&D решила создать проект быстрого оборота с годовым циклом разработки продукта. Производственная группа придумала способ увеличить объем с небольшими дополнительными затратами и при более низких средних затратах.

Результатом стала группа продуктов DS 1000E. Эта линия пользуется успехом не только на внутреннем рынке, но и в Европе и Америке.

Я не очень разбираюсь в политике и бизнесе (низкие объемы производства и требования к точности кажутся разумными объяснениями), но я знаю, что микросхемы аналого-цифрового преобразователя могут быть очень дорогими. На Digikey их может быть несколько тысяч, а самый дорогой чип стоит 14 000 долларов за один одноканальный АЦП!

Статья в Википедии об АЦП объясняет, почему эти микросхемы становятся такими дорогими:

Прямое преобразование очень быстрое, способно работать с гигагерцовой частотой дискретизации, но обычно имеет разрешение всего 8 бит или меньше, поскольку требуется количество компараторов.$2^N - 1$, удваивается с каждым дополнительным битом, что требует большой и дорогой схемы.

Дешевые чипы основаны на преобразовании измерения напряжения в измерение времени, подобно зарядке конденсатора и измерению времени. Однако это ограничивает скорость, с которой может работать чип. Самые быстрые работают параллельно, используя одну схему сравнения напряжения для каждого уровня напряжения. Это означает, что 10-разрядному АЦП требуется$2^{10}=1024$компараторы на вход, а также схемы для преобразования каждого из них в двоичное число. Все это означает, что для чипов требуются большие площади кремния, что невероятно быстро увеличивает стоимость (спросите Intel). Я уверен, что требования к точности также увеличивают стоимость и, возможно, также проблемы с входной емкостью, когда сигнал поступает на 1000 внутренних цепей.

Более быстрые (Гвыб./с) микросхемы, как правило, являются такими высокопроизводительными АЦП. Таким образом, 4-канальный осциллограф с гигавыборкой может легко добавить к цене 4000 долларов.

По сравнению с аналоговыми прицелами цифровые прицелы совсем не дорогие. Я думаю, что дело не столько в технологии, сколько в мелкосерийном рынке, как только что сказал Ткросли. Даже если вы построили прицел с наиболее массовыми доступными деталями, все равно будут единовременные затраты на разработку (NRE) при проектировании, и в основном вы платите за NRE.