¿Por qué los osciloscopios digitales siguen siendo tan caros?

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Soy un principiante en electrónica de hobby y me pregunto por qué los osciloscopios digitales siguen siendo tan caros.

En épocas de CPU GHz baratas, USB 3, módems ADSL, receptores DVB-S, reproductores de Blu-ray que tienen frecuencias de reloj / frecuencias de muestreo notables, me pregunto por qué un osciloscopio digital es capaz de muestrear señales de un ancho de banda de 10MHz siguen siendo muy caros, 100MHz ya es de gama alta.

¿Cómo se puede explicar esto?
¿Qué diferencia al ADC de un osciloscopio digital de uno de los dispositivos mencionados anteriormente?

adc oscilloscope sampling cost MRalwasser
fuente
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El factor más importante son los volúmenes de producción mucho más bajos.
mikeselectricstuff
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En el mercado de unidades de disco duro para servidores, las unidades SAS de gama alta cuestan casi $ 200 por 78 GB a pesar de que las unidades de consumo típicas son <$ 100 por TB. Las tecnologías de grado del consumidor tienen diferentes tolerancias, requisitos y propósitos, sin mencionar las diferentes escalas de producción. No debería sorprender que la misma tecnología básica pueda tener costos tan diferentes solo debido a las variaciones en los requisitos. Dicho esto, los DSO son mucho más baratos ahora de lo que podrían haber sido, debido a la utilización en el mercado masivo de ADC (aunque de grado de consumo) que permite que más dinero de I + D se extienda al desarrollo de alta gama.
crasic
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No creo que sean caros en absoluto. Los osciloscopios cuestan una fracción de lo que hicieron hace 10-15 años. Incluso puede obtener uno realmente malo por el precio de un reproductor de Blu-ray.
Morten
Ahora puede obtener un osciloscopio digital por menos de $ 100 ... seeedstudio.com/depot/dso-nano-v2-p-681.html?cPath=174 No es el más elegante del mundo, pero es adecuado para que un aficionado comience con.
Grant
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200khz es inútil para mucho más que el audio.
Matthew Whited el

Respuestas:

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En primer lugar, estaría de acuerdo con otros carteles sobre economía de escala . Los dispositivos de consumo se producen por millones, mientras que dicho 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, es terrible en el mejor de los casos. Considere las siguientes imágenes:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Los subtítulos del gráfico cuentan la historia. Debe exceder en gran medida el 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 limitadas de producción que elevan los precios.

Konsalik
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Bueno, la interpolación lineal no ayuda ...
endolito
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@Autopulado, lo aclare para ti. Nyquist todavía tiene razón, pero me refería específicamente a esa onda cuadrada. Necesitaría un ancho de banda infinito para capturarlo perfectamente, por lo que estamos perdiendo información y no podemos muestrear todos los armónicos de orden superior ya que nuestra frecuencia de muestreo está por debajo de sus respectivas frecuencias de Nyquist.
Konsalik
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Una onda cuadrada de 20MHz tiene armónicos mucho mayores que 20MHz. Entonces, ¿no es correcto usar una frecuencia de nyquist de 40MHz para una onda cuadrada de 20Mhz? ¿Qué sucede cuando usas una onda sinusoidal de 20MHz?
Doc.
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@Doc: en la mayoría de los dominios de aplicación, las ondas sinusoidales perfectas son la excepción y no la regla. Si se tomara una muestra de una onda sinusoidal de 19.9MHz a 40MHz, y luego se pasara la onda reconstruida a través de un filtro de paso bajo de pared de ladrillo de 19.91MHz, se obtendría la onda original de 19.9Mhz. Sin un filtro de reconstrucción, se vería una onda de 19.9MHz superpuesta a una onda de 20.1Mhz, que aparecería como una onda de 20Mhz modulada en anillo a 100KHz. Tenga en cuenta que los ámbitos generalmente no tienen un filtrado perfecto, tanto porque sería costoso como porque ...
supercat
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@Doc: ... un filtro de pared de ladrillo no siempre es lo óptimo para capturar la forma "visual" de una ola. Por ejemplo, pasar una ola cuadrada perfecta de 10Mhz a través de un filtro de pared de ladrillo de 45Mhz producirá una ola con una caída bastante sustancial en cada una de las áreas que deberían ser planas. Si uno no filtrara la onda cuadrada antes de capturarla a 100MHz, de modo que cada onda tuviera simplemente cinco muestras altas y muestras altas y bajas, una gráfica simple de los puntos de datos se parecería más al original que una gráfica de los puntos filtrados , pero una reconstrucción de la pared de ladrillo se parecería mucho menos a la original ...
supercat
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Economía de escala: los otros artículos que mencionó son dispositivos de consumo, fabricados en millones. Los osciloscopios se fabricarán por miles (o menos), lo que hace una gran diferencia en los costos de ensamblaje, I + D, lista de materiales (BOM) amortizados.

tcrosley
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Aprendí que el ADC es uno de los componentes caros de un DSO, pero ¿por qué los ADC de tales dispositivos de consumo no pueden usarse en osciloscopios?
MRalwasser
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Los ADC de consumidores tienden a estar muy ajustados a los requisitos de sus aplicaciones, en particular, a menudo no tienen el buen rendimiento de DC o la precisión absoluta necesaria para un alcance.
mikeselectricstuff
1
@MRalwasser: podrían hacerlo, pero si desea una tasa de ancho de banda decente, necesita un ADC rápido. Por ejemplo, su DSO promedio de 100MHz podría tener un ADC de 1Gsps, eche un vistazo a los precios de estos. Aquí hay un ejemplo aleatorio ( puede obtenerlos más baratos, pero aún en los cientos)
Oli Glaser
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Los volúmenes de producción más bajos 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 DS1052verá lo que se requiere solo para hacer un alcance de entrada baja. Tienen 5 ADC dobles (overclockeados, ¡así que eso ya reduce los precios!). Si esos ADC eran de $ 4 cada uno (una suposición aleatoria, cantidades muy grandes), ya son $ 20 en ADC. Los circuitos digitales para conducir y leer los ADC probablemente también sean muy caros (los procesadores FPGA, CLPD, DSP no son baratos). 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 que pagan para diseñarlo / respaldarlo. No puedo ver cómo venderían ese producto por menos. Creo que el DS1052E está a unos 300 euros aquí en Europa.

Si observa el desmontaje de un DSO mucho más costoso como Agilent 3000X , creo que una gran parte del precio se destina a la producción y el diseño de esos chips ASIC. Los chips ASIC son circuitos integrados digitales diseñados a medida. Es como un FPGA, pero con más velocidad y 'espacio'. Imagine que diseña un chip completamente acostumbrado a su 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 esto 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 necesita procesar 4/3 de una muestra en 1 marca de reloj. ¡De ninguna manera! Además, las PC de consumo y su velocidad de procesamiento se basan en un sistema operativo, buses PCI-e y cosas complejas de alta gama. Los ámbitos de gama alta más antiguos usaban placas de PC para el análisis posterior. No son lo suficientemente rápidos como 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 está engañado con el software) a 4GSa / S. Si incluye características como la activación del protocolo serie (es decir, envía el carácter 'A' a través de un bus serie, activará el alcance), solo necesita hardware personalizado para hacerlo. Por supuesto, el alcance mostrado cuesta $ 12K (¡ahora también le da un auto decente!), Pero aparentemente los ingenieros requieren estas herramientas, y esto es lo que se necesita para que esto suceda.

Hans
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1
¿Cómo define las formas de onda ? Desde mi punto de vista, un DSO de 1 canal tiene una frecuencia de muestreo específica, y no hay "formas de onda" (bidimensionales) por tic, pero exactamente un valor de muestra, por lo que una CPU moderna sería capaz de manejar una frecuencia de muestreo de 1M / s.
MRalwasser
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Compré un osciloscopio Rigol DS1052E, sobre la base de Dave Jones eevblog # 37 derribado, en mayo de este año por £ 257.76 + £ 31.20 franqueo, rastreado, (vale la pena verlo acercarse en todo el mundo, tomó dos semanas) de BestOfferBuy . Estoy encantado con él, 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 satisfecho.

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

Superar a la competencia local gana reconocimiento mundial

El difunto presidente de la Cámara de Representantes de Estados Unidos, Tip O'Neill, dijo una vez: "Toda política es local". Rigol Technologies, un fabricante de instrumentos de Beijing, puede haber escrito el corolario de esa declaración: "Todos los negocios son locales".

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 compañía a desarrollar osciloscopios completos e independientes, así como a ramificarse en otras áreas relacionadas con instrumentos. En 2006, la compañía introdujo el osciloscopio de almacenamiento digital DS 1000C, que obtuvo gran reconocimiento 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 éxito también trajo una forma común de adulación: la imitación. En 2007, Rigol era el fabricante número 2 de DSO en China, produciendo más de 40,000 DSO por año. El mismo año, también comenzaron a aparecer copias del alcance de algunos fabricantes chinos. En China, donde la protección de la propiedad intelectual aún está madurando, la práctica de "eliminar" el diseño de otra persona era común. (Desde entonces, Rigol ha demandado con éxito a los copistas).

La copia rápida de los productos de Rigol hizo que la empresa examinara su estrategia comercial. Salir del mercado de gama baja no fue realmente posible, dada la importancia del mercado educativo para los planes comerciales actuales y futuros de Rigol. La otra posibilidad era encontrar una forma técnica de distanciarse de los copistas. Wang Yue, 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 utilizar los recursos de I + D de Rigol, poder adquisitivo y bajos costos de fabricación para crear un producto que incluso aquellos que lo copiaron No podía vender menos.

Debido a que Rigol usa componentes listos para usar, es el mayor comprador mundial de ADC comerciales y otras piezas DSO. Entonces utilizó este poder adquisitivo para reducir los costos de piezas. Creyendo que podría duplicar el volumen nuevamente a medida que bajaba el precio, el equipo de I + D se propuso crear un proyecto de respuesta rápida con un ciclo de diseño de producto de un año. El equipo de fabricación creó una forma de aumentar el volumen a un bajo costo adicional y a un costo promedio general más bajo.

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

Harry Weston
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Esto no parece responder a la pregunta de por qué los DSO son mucho más caros que los reproductores de Blu-Ray.
Curt J. Sampson
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No sé demasiado acerca de la política y los negocios (el bajo volumen de producción y los requisitos de precisión parecen explicaciones razonables), pero sé que los chips convertidores de analógico a digital pueden ser muy caros. En Digikey, pueden llegar a miles, ¡y el chip más caro es de $ 14,000 por un ADC de un solo canal!

El artículo de Wikipedia sobre ADC explica cómo estos chips se vuelven tan caros:

2norte-1

210=1024

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

Leigh
fuente
3

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 construyó el alcance con la mayor cantidad de piezas producidas en masa disponibles, todavía habría un costo de ingeniería no recurrente (NRE) en el diseño de la cosa, y es básicamente la NRE por la que está pagando.

JustJeff
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