¿Por qué los osciloscopios digitales siguen siendo tan caros?

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

En tiempos de CPU baratas de GHz, USB 3, módems ADSL, receptores DVB-S, reproductores de blu-ray, todos ellos con frecuencias de reloj/frecuencias de muestreo notables, me hace preguntarme por qué un osciloscopio digital que es capaz de muestrear señales de un ancho de banda de Los 10 MHz siguen siendo muy caros, los 100 MHz ya son de gama alta.

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

El factor más importante son los volúmenes de producción mucho más bajos.
En el mercado de discos duros para servidores, las unidades SAS de gama alta cuestan casi $ 200 por 78 GB, a pesar de que las unidades de consumo típicas cuestan menos de $ 100 por TB. Las tecnologías de grado de consumo tienen diferentes tolerancias, requisitos y propósitos, sin mencionar diferentes escalas de producción. No debería sorprender que la misma tecnología básica pueda tener costos tan diferentes 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 masiva de ADC en el mercado (aunque de grado de consumo) que permite que más dinero de I + D se desborde hacia el desarrollo de alta gama.
No creo que sean nada caros. Los osciloscopios cuestan una fracción de lo que costaban hace 10 o 15 años. Incluso puedes conseguir uno realmente malo por el precio de un reproductor de Blu-ray.
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.
200khz es inútil para mucho más allá del audio.
En primer lugar, ninguno de los dispositivos que mencionó tiene un ADC que muestree a 10 MHz, no importa 100 MHz, pocos de los dispositivos mencionados incluso tienen un ADC, diablos, no estoy seguro de que ninguno de su lista lo tenga. En segundo lugar, los ADC con una frecuencia de muestreo tan alta son en realidad muy difíciles de fabricar y son dispositivos especializados; muchas empresas diseñan su propio ASIC. Y tercero, hay una gran cantidad de datos en el camino, que deben almacenarse, segmentarse, procesarse y mostrarse en tiempo real, lo cual es un problema difícil y costoso.

Respuestas (6)

En primer lugar, estaría de acuerdo con otros carteles en cuanto a la economía de escala . Los dispositivos de consumo se producen por millones, mientras que ese 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 cumplan con los estándares esperados. Esto aumenta aún más los costos.

En cuanto al ancho de banda. El criterio de Nyquist establece que la tasa de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia que desea medir. Pero incluso al doble de la velocidad, 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

Las leyendas de los gráficos cuentan la historia. Debe exceder el ancho de banda especificado en gran medida 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 hacen subir los precios.

Bueno, la interpolación lineal no ayuda...
"por una gran cantidad" es bastante incorrecto: precisamente por 2x, eso es lo importante sobre el criterio de Nyquist.
@Autopulated, te lo aclaré. 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.
Una onda cuadrada de 20 MHz tiene armónicos mucho mayores que 20 MHz. Entonces, ¿no es correcto usar una frecuencia de nyquist de 40MHz para una onda cuadrada de 20Mhz? ¿Qué sucede cuando usa una onda sinusoidal de 20 MHz en su lugar?
@Doc: En la mayoría de los dominios de aplicación, las ondas sinusoidales perfectas son la excepción y no la regla. Si se muestreara una onda sinusoidal de 19,9 MHz a 40 MHz y luego se pasara la onda reconstruida a través de un filtro de paso bajo de pared de ladrillo de 19,91 MHz, se recuperaría la onda original de 19,9 MHz. 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 osciloscopios generalmente no tienen un filtrado perfecto, tanto porque sería costoso como porque...
@Doc: ... un filtro de pared de ladrillos no siempre es lo óptimo para capturar la forma "visual" de una onda. Por ejemplo, pasar una onda cuadrada perfecta de 10 MHz a través de un filtro de pared de ladrillo de 45 MHz producirá una onda 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 100 MHz, de modo que cada onda fuera 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 con una pared de ladrillos se parecería mucho menos al original...
... que una reconstrucción de pared de ladrillos de la onda filtrada, que a su vez se parecería menos al original que un simple diagrama de conexión de puntos de los datos sin filtrar.
Otra forma de presentar el argumento de supercat podría ser que, cuando se trata de 'scopes', la discusión de Nyquest tiende a ser engañosa. Nyquest y las estrategias de filtrado se refieren a lo que necesita para registrar una señal que ya ha caracterizado (es decir, conoce los armónicos más altos que necesita registrar), pero generalmente está usando un 'alcance para caracterizar una señal sobre la cual no sabe. conocer todos los detalles . En otras palabras, si tiene la información que necesita para hacer un muestreo perfecto de la forma de onda, por lo general no debe mirarla con un 'alcance.

Economía de escala: los otros artículos que mencionó son dispositivos de consumo, fabricados por millones. Los osciloscopios se fabricarán por miles (o menos), lo que supone una gran diferencia en la amortización de I+D, BOM (lista de materiales) y costes de montaje.

Aprendí que el ADC es uno de los componentes costosos de un DSO, pero ¿por qué no se pueden usar los ADC de tales dispositivos de consumo en osciloscopios?
Los ADC de consumo tienden a estar muy ajustados a los requisitos de su aplicación, en particular, a menudo no tienen el buen rendimiento de CC o la precisión absoluta necesaria para un osciloscopio.
@MRalwasser: podrían, pero si desea una tasa de ancho de banda decente, necesita un ADC rápido. Por ejemplo, su DSO promedio de 100 MHz podría tener un ADC de 1 Gsps, eche un vistazo a los precios de estos. Aquí hay un ejemplo aleatorio ( puede obtenerlos más baratos, pero aún en cientos)
Así que... básicamente, han creado menos oferta, por lo que pueden cobrar más por ella. Eso es un poco criminal, en mi opinión.

Los volúmenes de producción más bajos son una causa importante y, en segundo lugar, está comprando equipos de prueba que son algo especial. Si solo miras el desmontaje de un DSO barato como un Rigol DS1052verá lo que se requiere solo para hacer un visor de entrada baja. Tienen 5 ADC duales (overclockeados, ¡así que eso ya reduce el precio!). Si esos ADC eran de $4 cada uno (una suposición aleatoria, cantidades muy grandes), eso ya es $20 en ADC. Los circuitos digitales para controlar y leer los ADC también son probablemente muy caros (los procesadores FPGA, CLPD, DSP no son baratos) Supongo que la interfaz analógica también suma como 25 $ fácilmente. Luego están los costos de PCB, la fabricación, la carcasa, la pantalla a color, la placa del panel frontal, la fuente de alimentación, el embalaje, el envío y el pago de ingenieros para diseñarlo/soportarlo. No puedo ver cómo venderían ese producto por menos. Creo que el DS1052E cuesta 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'. Imagina que diseñas un chip completamente personalizado para tu producto. Estoy seguro de que les costará mucho dinero despegar.

Volviendo al rendimiento 'versus PC': esos ASIC procesan 1 millón de formas de onda por segundo. Para poner eso en perspectiva, si tiene un procesador que funciona a 3 GHz, solo tendría 3000 pulsos de reloj entre cada punto de activación 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 tictac. ¡De ninguna manera! Además, las PC de consumo y su velocidad de procesamiento se basan en un sistema operativo, buses PCI-e y cosas de alta gama muy complejas. Los osciloscopios de gama alta más antiguos usaban placas 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 osciloscopio tiene una velocidad de muestreo máxima (en tiempo real) (por lo que no se engaña con el software) a 4GSa/S. Si incluye funciones como activación de protocolo serie (es decir, envía el carácter 'A' a través de un bus serie que activará el osciloscopio), solo necesita hardware personalizado para hacerlo. Por supuesto, el alcance que se muestra cuesta $ 12K (¡ahora también le ofrece un automóvil decente!) Pero aparentemente los ingenieros requieren estas herramientas, y esto es lo que se necesita para que esto suceda.

¿Cómo se definen las formas de onda ? Desde mi perspectiva, un DSO de 1 canal tiene una frecuencia de muestreo específica, y no hay "formas de onda" (bidimensionales) por tick, sino exactamente un valor de muestra, por lo que una CPU moderna sería capaz de manejar una frecuencia de muestreo de 1M/ s.

Compré un osciloscopio Rigol DS1052E, sobre la base del desmontaje del eevblog n.° 37 de Dave Jones, en mayo de este año por 257,76 £ + 31,20 £ de gastos de envío, con seguimiento (vale la pena verlo acercarse por todo el mundo, tardó dos semanas) en MejorOfertaComprar . Estoy encantado con él, y veo que ahora tiene un precio de alrededor de £ 215, sin gastos de envío. Existe otra versión con 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 a un precio tan bajo sin sacrificar la calidad:

Superar a la competencia local gana reconocimiento mundial

El difunto presidente de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos, Tip O'Neill, dijo una vez: "Toda la 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 empresa lanzó su primer producto, un osciloscopio virtual diseñado para funcionar con una PC, en menos de un año. Su éxito llevó a la empresa a desarrollar osciloscopios completos e independientes, así como a expandirse a otras áreas relacionadas con instrumentos. En 2006, la empresa presentó el osciloscopio de almacenamiento digital DS 1000C, que obtuvo un gran reconocimiento en China.

El osciloscopio fue un gran avance para Rigol, ya que proporcionó un factor de forma pequeño, memoria profunda, opciones de amplio ancho de banda y un precio bajo. Y su éxito trajo también una forma común de adulación: la imitación. En 2007, Rigol era el segundo fabricante de DSO en China y producía más de 40 000 DSO al año. El mismo año, también comenzaron a aparecer copias del visor de algunos fabricantes chinos. En China, donde la protección de la propiedad intelectual todavía está madurando, la práctica de "imitar" el diseño de otra persona era común. (Desde entonces, Rigol ha demandado con éxito a los copistas).

La rápida copia de los productos de Rigol hizo que la empresa examinara su estrategia comercial. Salir del mercado de gama baja no era 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, el fundador y presidente de Rigol, así como el arquitecto de sistemas clave para la mayoría de las principales plataformas de instrumentación de la empresa, decidió utilizar los recursos de I+D, el poder adquisitivo y los bajos costos de fabricación de Rigol para crear un producto que incluso aquellos que lo copiaron no podía subestimar.

Debido a que Rigol utiliza componentes listos para usar, es el comprador más grande del mundo de ADC comerciales y otras partes de DSO. Así que usó este poder adquisitivo para reducir los costos de las piezas. Creyendo que podría volver a duplicar el volumen a medida que bajaba el precio, el equipo de I+D se dispuso a 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 con un costo adicional mínimo y 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 local, sino también en Europa y América.

Esto no parece responder a la pregunta de por qué los DSO son mucho más caros que los reproductores de Blu-Ray.

No sé mucho sobre política y 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 costosos. En Digikey, pueden costar miles, ¡y el chip más caro cuesta $ 14,000 por un ADC de un solo canal!

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

La conversión directa es muy rápida, capaz de velocidades de muestreo de gigahercios, pero generalmente tiene solo 8 bits de resolución o menos, ya que la cantidad de comparadores necesarios, 2 norte − 1 , se duplica con cada bit adicional, lo que requiere un circuito grande y costoso.

Los chips baratos se basan en convertir una medida de voltaje en una medida de tiempo, como cargar un condensador y medir el tiempo. Sin embargo, esto limita la velocidad a la que puede funcionar el chip. Los más rápidos funcionan en paralelo usando 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, además de circuitos para convertir cada uno a un número binario. Todo esto significa que los chips necesitan grandes áreas de silicio, lo que aumenta los costos increíblemente rápido (pregunte a Intel). Estoy seguro de que el requisito de precisión también aumenta el costo y tal vez 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. Entonces, para un osciloscopio de 4 canales de gigasample, estos podrían agregar fácilmente $ 4,000 al precio.

En comparación con los osciloscopios analógicos, los osciloscopios digitales no son nada caros. No creo que sea tanto la tecnología como el mercado de bajo volumen, como acaba de decir tcrosley. Incluso si construyó el visor con la mayor cantidad de piezas producidas en masa disponibles, aún existiría el costo de ingeniería no recurrente (NRE) en el diseño de la cosa, y es básicamente el NRE lo que está pagando.

¿Por qué los osciloscopios digitales siguen siendo tan caros?
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