为什么数字示波器仍然如此昂贵?

电器工程 ADC 示波器 采样 成本
2022-01-03 02:02:54

我是爱好电子产品的初学者,我想知道为什么数字示波器仍然如此昂贵?

在廉价的 GHz CPU、USB 3、ADSL 调制解调器、DVB-S 接收器、蓝光播放器时代,它们都具有出色的时钟频率/采样率,这让我想知道为什么数字示波器能够采样带宽为10MHz还是很贵的,100MHz已经是高端了。

这怎么解释?
ADC 与来自上述设备之一的数字示波器有何不同?

4个回答

我首先同意其他关于规模经济的海报。消费设备以数百万计生产,而数字示波器不存在这样的市场。

其次,示波器是精密器件他们需要经过严格的质量控制,以确保达到预期的标准。这进一步增加了成本。

至于带宽。奈奎斯特标准规定采样率应至少是您要测量的频率的两倍。但即使是两倍的速度,充其量也是可怕的。考虑以下图片:

在此处输入图像描述 在此处输入图像描述

图表标题讲述了这个故事。您需要大量超出指定带宽才能获得方波输入信号(高频谐波)的准确表示。更大的带宽=更高的成本。

最终推高价格的是精度、带宽和有限的生产数量。

规模经济——你提到的其他产品是消费设备,以数百万制造。示波器的产量将达到数千台(或更少),这对摊销的研发、BOM(物料清单)和组装成本产生巨大影响。

产量下降是主要原因,其次,您购买的测试设备很特别。如果你只看像Rigol DS1052这样便宜的 DSO 的拆解您将看到制作低入门范围所需的内容。他们有 5 个双 ADC(超频,所以已经降低了价格!)。如果这些 ADC 每个 4 美元(随机猜测,非常大的数量),那么 ADC 已经是 20 美元。驱动和读取 ADC 的数字电路可能也非常昂贵(FPGA、CLPD、DSP 处理器并不便宜)我猜模拟前端也很容易增加 25 美元。然后是PCB成本,制造,外壳,彩屏,前面板,电源,装箱,运输和支付工程师来设计/支持它。我看不出他们会如何以更低的价格出售该产品。我认为 DS1052E 在欧洲的售价约为 300 欧元。

如果你看看像Ag​​ilent 3000X这样更昂贵的 DSO 的拆解,我认为这些 ASIC 芯片的生产和设计有很大一部分成本。ASIC 芯片是定制设计的数字 IC。它就像一个 FPGA,但速度更快,“空间”更大。想象一下,您设计的芯片完全适合您的产品。我相信这将花费他们很多钱才能起步。

回到“相对于 PC”的性能:这些 ASIC 每秒处理 1M 波形。从这个角度来看,如果你有一个运行在 3GHz 的处理器,它在每个触发点之间只有 3000 个时钟滴答来处理波形。您认为波形存储器中有多少点?好吧,它可能是4K。这意味着处理器需要在 1 个时钟滴答中处理 4/3 的样本。没门!此外,消费类 PC 及其处理速度是围绕操作系统、PCI-e 总线和非常复杂的高端产品构建的。较旧的高端示波器使用 PC 板进行后期分析。它们的速度不足以同时处理、显示和分析波形。

另请注意,此示波器的最大(实时)采样速度(因此不会被软件欺骗)为 4GSa/S。如果您包含串行协议触发等功能(即,您通过串行总线发送字符“A”,它将触发示波器),您只需要定制硬件即可。当然,显示的范围成本为 12,000 美元(现在也可以为您提供一辆像样的汽车!)但显然工程师需要这些工具,这就是实现它所需要的。

我在 Dave Jones eevblog #37 拆解的基础上购买了一台 Rigol DS1052E 示波器,今年 5 月,价格为 257.76 英镑 + 31.20 英镑的邮费,跟踪,(非常值得在世界各地观看它,花了两周时间)来自百思买我对它很满意,我看到它现在的价格约为 215 英镑,不含邮费。还有另一个版本,包括一个 16 通道数字分析仪。

除了作为一个高兴的客户,我与 Rigol 或 BestOfferbuy 没有任何联系。

据称,该新闻稿描述了他们如何在不牺牲质量的情况下如此廉价地生产它:

智取本地竞争赢得全球认可

美国已故众议院议长蒂普·奥尼尔曾说过,“所有政治都是地方性的”。北京仪器制造商 Rigol Technologies 可能已经写下了该声明的推论:“所有业务都是本地的。”

该公司成立于 1998 年 7 月,在不到一年的时间里推出了其第一款产品——一种设计用于与 PC 配合使用的虚拟示波器。它的成功促使公司开发出完整的独立示波器,并涉足其他仪器相关领域。2006年,公司推出DS 1000C数字存储示波器,在国内广受好评。

该示波器是 Rigol 的一个突破,它提供了小尺寸、深内存、宽带宽选项和低廉的价格。而它的成功也带来了一种常见的奉承形式:模仿。到 2007 年,Rigol 已成为中国第二大 DSO 制造商,年生产 DSO 超过 40,000 台。同年,来自几家中国厂商的仿制范围也开始出现。在知识产权保护日趋成熟的中国,“山寨”他人设计的做法屡见不鲜。(此后,Rigol 成功起诉了抄袭者。)

对 Rigol 产品的快速复制使公司审视其经营战略。鉴于教育市场对 Rigol 当前和未来业务计划的重要性,退出低端市场是不可能的。另一种可能性是找到一种与抄写员保持距离的技术方法。Rigol 创始人兼总裁,以及公司大部分主要仪器仪表平台的关键系统架构师王悦决定利用 Rigol 的研发资源、购买力和低廉的制造成本,打造一款即使是抄袭者也无法抗拒的产品不能低价出售。

由于 Rigol 使用现成的组件,它是世界上最大的商用 ADC 和其他 DSO 部件的采购商。所以它利用这种购买力来降低零件成本。相信随着价格下降,销量可以再次翻番,研发团队着手创建一个具有一年产品设计周期的快速周转项目。制造团队创造了一种以很少的额外成本和总体较低的平均成本增加产量的方法。

结果就是 DS 1000E 产品组。该生产线不仅在其国内市场取得成功,而且在欧洲和美洲也取得了成功。