Pourquoi les oscilloscopes numériques sont-ils toujours aussi chers?

Je suis un débutant en électronique de loisir et je me demande pourquoi les oscilloscopes numériques sont toujours aussi chers?

À une époque où les processeurs GHz, les ports USB 3, les modems ADSL, les récepteurs DVB-S et les lecteurs Blu-ray, qui ont tous une fréquence d'horloge / un taux d'échantillonnage faibles, offrent une solution économique, on peut se demander pourquoi un oscilloscope numérique capable d'échantillonner les signaux d'une bande passante de 10 MHz sont toujours très chers, 100 MHz est déjà haut de gamme.

Comment peut-on l'expliquer?
Qu'est-ce qui différencie le CAN d'un oscilloscope numérique de l'un des appareils mentionnés ci-dessus?

Je suis d’abord d’accord avec d’autres affiches sur l’ économie d’échelle . Des appareils grand public sont produits par millions alors qu’un tel marché n’existe pas pour les oscilloscopes numériques.

Deuxièmement, les oscilloscopes sont des dispositifs de précision . Ils doivent subir un contrôle de qualité rigoureux pour s’assurer qu’ils respectent les normes attendues. Cela augmente encore les coûts.

Quant à la bande passante. Le critère de Nyquist stipule que le taux d'échantillonnage doit être au moins deux fois supérieur à la fréquence que vous souhaitez mesurer. Mais même deux fois plus vite, c'est au mieux terrible. Considérez les images suivantes:

Les légendes du graphique racontent l'histoire. Vous devez dépasser considérablement la bande passante spécifiée pour obtenir une représentation précise du signal d'entrée carré (harmoniques haute fréquence). Et plus de bande passante = plus de coût.

En fin de compte, la précision, la bande passante et les quantités de production limitées font monter les prix.

Économie d’échelle - les autres articles que vous avez mentionnés sont des appareils grand public, fabriqués par millions. Les oscilloscopes seront fabriqués par milliers (ou moins), ce qui fait une énorme différence en termes de frais de R & D, de nomenclature et de coûts d’assemblage amortis.

La baisse des volumes de production est une cause majeure et, deuxièmement, vous achetez du matériel d’essai qui est quelque chose de spécial. Si vous ne regardez que le démontage d’un DSO bon marché, comme un Rigol DS1052vous verrez ce qui est nécessaire simplement pour créer une portée à faible entrée. Ils ont 5 double ADC (overclocké, ce qui réduit déjà les prix!). Si ces ADC coûtaient 4 $ chacun (une estimation aléatoire, de très grandes quantités), cela représente déjà 20 $ sur les ADC. Les circuits numériques pour piloter et lire les CAN sont probablement très coûteux aussi (processeurs FPGA, CLPD, DSP ne sont pas bon marché) Je suppose que l’interface analogique ajoute facilement à 25 $. Il y a ensuite les coûts liés aux PCB, la fabrication, le boîtier, l’écran couleur, la carte du panneau avant, l’alimentation, la boxe, les frais d’expédition et le paiement par des ingénieurs chargés de la concevoir et de la prendre en charge. Je ne vois pas comment ils vendraient ce produit encore moins. Je pense que le DS1052E coûte environ 300 euros ici en Europe.

Si vous regardez le démantèlement d'un DSO beaucoup plus coûteux comme Agilent 3000X , je pense qu'une grande partie du prix est affectée à la production et à la conception de ces puces ASIC. Les puces ASIC sont des circuits intégrés numériques conçus sur mesure. C'est comme un FPGA, mais avec plus de vitesse et d'espace. Imaginez que vous concevez une puce parfaitement adaptée à votre produit. Je suis sûr que cela leur coûtera beaucoup d’argent pour démarrer.

Pour en revenir à la performance "versus PC": ces ASIC traitent des formes d'onde de 1 M par seconde. Pour mettre cela en perspective, si vous avez un processeur fonctionnant à 3 GHz, il n’aurait que 3000 ticks d’horloge entre chaque point de déclenchement pour traiter le signal. Combien de points pensez-vous qu'il y a dans une mémoire de formes d'onde? C'est peut-être 4K. Cela signifierait que le processeur doit traiter 4/3 d'un échantillon en 1 coup d'horloge. En aucune façon! En outre, les PC grand public et leur vitesse de traitement sont conçus autour d’un système d’exploitation, de bus PCI-e et de systèmes très complexes haut de gamme. Les scopes haut de gamme plus anciens utilisaient des cartes PC pour la post-analyse. Ils ne sont pas assez rapides pour traiter, afficher et analyser les formes d'onde en même temps.

Notez également que cette portée a une vitesse d’échantillonnage maximale (en temps réel) (donc ce n’est pas du tout du tout un logiciel) à 4GSa / S. Si vous incluez des fonctionnalités telles que le déclenchement de protocole série (c'est-à-dire que vous envoyez le caractère 'A' sur un bus série, la portée sera déclenchée), vous avez simplement besoin d'un matériel personnalisé pour le faire. Bien sûr, la lunette affichée coûte 12 000 $ (une voiture décente maintenant aussi!), Mais apparemment, les ingénieurs ont besoin de ces outils, et c’est ce qu’il faut pour que cela se produise.

J'ai acheté un oscilloscope Rigol DS1052E, sur la base de Dave Jones eevblog # 37, en mai de cette année pour 257,76 £ + 31,20 £ de frais de port, suivi, (cela vaut la peine de le regarder approcher à travers le monde, a pris deux semaines) à partir de BestOfferBuy . Je suis ravi, et je vois qu’il coûte maintenant environ 215 £, frais de port en sus. Il existe une autre version avec un analyseur numérique à 16 canaux inclus.

Je n'ai aucun lien avec Rigol ou BestOfferbuy, sauf en tant que client ravi.

Ce communiqué de presse décrit prétendument comment ils peuvent le produire à moindre coût sans sacrifier la qualité:

La concurrence locale dépassée gagne la reconnaissance mondiale

Tip O'Neill, Président de la Chambre des représentants des États-Unis, a déclaré: "Toute politique est locale." Rigol Technologies, un fabricant d'instruments de Beijing, a peut-être écrit le corollaire de cette déclaration: "Toutes les affaires sont locales."

Fondée en juillet 1998, la société a lancé son premier produit - un oscilloscope virtuel conçu pour fonctionner avec un PC - en moins d'un an. Son succès a conduit la société à développer des oscilloscopes complets et autonomes ainsi qu'à se diversifier dans d'autres domaines liés aux instruments. En 2006, la société a lancé l’oscilloscope à stockage numérique DS 1000C, qui a été très bien accueilli en Chine.

La portée était une percée pour Rigol, offrant un petit facteur de forme, une mémoire profonde, des options de large bande passante et un prix bas. Et son succès a également apporté une forme commune de flatterie: l'imitation. En 2007, Rigol était le deuxième fabricant de DSO en Chine, avec plus de 40 000 DSO par an. La même année, des exemplaires de la lunette de quelques fabricants chinois ont également commencé à paraître. En Chine, où la protection de la propriété intellectuelle est encore en phase de maturation, la pratique consistant à "faire tomber" le design de quelqu'un d'autre était courante. (Rigol a depuis poursuivi avec succès les copistes.)

La copie rapide des produits de Rigol a amené la société à examiner sa stratégie commerciale. Sortir du marché bas de gamme n'était pas vraiment possible, étant donné l'importance du marché de l'éducation pour les plans d'affaires actuels et futurs de Rigol. L'autre possibilité était de trouver un moyen technique de se démarquer des copistes. Wang Yue, fondateur et président de Rigol, ainsi que l'architecte système clé de la plupart des principales plates-formes d'instrumentation de la société, a décidé d'utiliser les ressources de R & D, le pouvoir d'achat et les faibles coûts de fabrication de Rigol pour créer un produit que même ceux qui l'ont copié ne pouvait pas sous-vendre.

Parce que Rigol utilise des composants disponibles dans le commerce, il est le plus grand acheteur au monde de convertisseurs analogiques numériques (ADC) commerciaux et d’autres pièces DSO. Il a donc utilisé ce pouvoir d’achat pour réduire le coût des pièces. Estimant que le volume pourrait à nouveau doubler en cas de baisse des prix, l'équipe de recherche et développement a décidé de créer un projet de redressement rapide avec un cycle de conception de produit d'un an. L’équipe de fabrication a créé un moyen d’augmenter le volume à peu de frais supplémentaires et à un coût moyen globalement inférieur.

Le résultat était le groupe de produits DS 1000E. La ligne réussit non seulement sur son marché domestique, mais également en Europe et sur le continent américain.

Je ne connais pas grand-chose à la politique et aux affaires (le faible volume de production et les exigences de précision semblent des explications raisonnables), mais je sais que les puces de conversion analogique-numérique peuvent être très chères. Sur Digikey, ils peuvent atteindre des milliers, et la puce la plus chère est de 14 000 $ pour un CAN à canal unique!

L' article de Wikipedia sur les ADC explique comment ces puces sont si chères:

La conversion directe est très rapide, capable de fréquences d’échantillonnage en gigahertz, mais n’a généralement que 8 bits de résolution ou moins, car le nombre de comparateurs nécessaires, , double avec chaque bit supplémentaire, nécessitant un circuit important et coûteux.$2^N - 1$

Les puces bon marché reposent sur la conversion d'une mesure de tension en une mesure de temps, telle que la charge d'un condensateur et la mesure du temps. Cependant, cela limite la vitesse à laquelle la puce peut fonctionner. Les plus rapides fonctionnent en parallèle en utilisant un circuit de comparaison de tension pour chaque niveau de tension. Cela signifie qu'un CAN 10 bits a besoin de comparateurs par entrée, plus un circuit pour convertir chacun en un nombre binaire. Tout cela signifie que les puces ont besoin de grandes surfaces de silicium, ce qui augmente considérablement les coûts (demandez à Intel). Je suis sûr que l'exigence de précision augmente également les coûts, et peut-être aussi les problèmes de capacité d'entrée lorsque le signal passe à 1000 circuits internes.$2^{10}=1024$

Les puces les plus rapides (GSa / s) ont tendance à être ce type de CAN haute performance. Ainsi, pour un oscilloscope à 4 canaux gigasample, ceux-ci pourraient facilement ajouter 4 000 $ au prix.

Comparés aux scopes analogiques, les scopes numériques ne sont pas chers du tout. Je ne pense pas que ce soit la technologie autant que le marché des petits volumes, comme vient de le dire tcrosley. Même si vous développiez la portée avec le plus grand nombre de pièces disponibles en série, il resterait le coût non négligeable d'ingénierie (NRE) lors de la conception de la chose, et c'est essentiellement le prix NRE que vous payez.