¿Qué hace que los equipos de medición de alta frecuencia sean tan caros?

Answer 1

En realidad, los costos de material y mano de obra bien podrían tener una diferencia de 20x. En el caso de engranajes de baja frecuencia, a menudo se pueden aprovechar componentes muy económicos del mundo de los equipos de consumo. A medida que subes, eso es menos probable.

Aquí hay algunas áreas que son más difíciles para un alcance de 1 GHz que para un alcance de 100 MHz; Supongo que está hablando de un osciloscopio de muestreo digital, a diferencia de un alcance analógico convencional.

1) El convertidor analógico a digital para muestrear una señal de 100 MHz es mucho más barato y más fácil de usar que uno para muestrear una señal de 1 GHz. Puede comprar, de fábrica, chips ADC de varios cientos de MHz con 8–12 bits. Lo mismo no es cierto para una frecuencia de muestreo de 4–8 GHz, por lo que debe tener alguna forma de usar múltiples ADC rápidos

2) La muestra y retención (o seguimiento / retención) es más difícil de construir para 1 GHz que para 100 MHz. Para un ADC monolítico rápido típico, el S&H está integrado con la pieza. Para el muestreador de 4–8 GHz, será separado y difícil de construir; considere que el tiempo de apertura debe ser <1/10 del período de muestreo, por lo que está viendo un interruptor que puede abrirse y cerrarse en 1 / 100 de eso. El período de señal es de 1 ns, el período de muestra es de 250 ps, ​​por lo que necesita un interruptor con tiempos de subida / bajada de picosegundos de un solo dígito. Eso es desafiante.

3) El reloj de muestra tiene que ser mucho mejor: piense en la cantidad de fluctuación que desea tolerar en el reloj de muestra; generar un reloj de baja fluctuación a 400 MHz es bastante fácil: hay buenos osciladores de cristal de baja fluctuación, buenos PLL para traerlo arriba, etc. No es tan fácil a 5 GHz.

4) linealidad de banda ancha y respuesta de frecuencia / fase: no olvide que el osciloscopio debe funcionar en CC, y la ganancia y la fase deben ser planas de CC a 1 GHz. Eso es más difícil de hacer que a 100 MHz (100 MHz es un territorio de “amplificador operacional de alto rendimiento” y puede obtener suficiente ganancia que con la retroalimentación, la respuesta será bastante plana, por supuesto, también debe preocuparse por la fase). A 1 GHz, la capacitancia parásita pequeña tiene un efecto mayor que a 100 MHz o 10 MHz.

5) manejo de datos de back-end: puede comprar memoria estándar que puede traer muestras a 100 MSPS sin demasiados problemas, hay muchos FPGA que pueden proporcionar la interfaz de alta velocidad al ADC, traer las muestras y alimentar ellos fuera a algún recuerdo. Sin embargo, a las 5 GSPS, no hay mucha memoria que se ejecute tan rápido, por lo que está buscando intercalar varios bancos, y eso significa algún tipo de circuito lógico para cultivar el flujo de muestra en la memoria. (Prácticamente hablando, terminarás con múltiples ADC, cada uno con una memoria detrás de ellos, y una gran cantidad de lógica compleja y calibración de temporización para asegurarte de que todo se alinee)

Answer 2

Entre las cosas que otros explicaron, podría ampliar los aspectos materiales. En los campos de RF, los cables de guía de onda están hechos de materiales muy costosos y aisladores para aislarlos por interferencias externas; en el aire, hay muchas interferencias en el espectro de RF y microondas. Además, deben probarse con métodos caros de inmunidad. Algunos cables cuestan incluso 500 dólares por estos motivos. Pero más allá de eso, puede considerar que cada instrumento que funciona a 5+ Ghz está compuesto por muchos circuitos integrados (como amplificador de potencia, amplificadores de bajo ruido, filtro) en el mismo rango de frecuencia, y la mayoría de ellos no están basados ​​en silicio porque la electrónica basada en silicio no funciona bien a una frecuencia más alta, por lo que se necesitan otros semiconductores, por ejemplo, GaAs, GaN, SiGe. En p. Esto plantea dos problemas: 1) los elementos básicos son más raros, luego son más caros. El silicio es muy común en la tierra, el indio no lo es. 2) los procesos de producción de IC con esos materiales son más complicados y, por lo tanto, caros. La fiabilidad de los procesos de producción de silicio es muy superior a la de los otros materiales mencionados anteriormente. El silicio también tiene un aislante de alto grado, SiO2, otros materiales no.

TL; DR: las compilaciones semiconductoras básicas y los fabs cuestan mucho -> los circuitos integrados cuestan mucho -> el instrumento final cuesta mucho.

Solo por curiosidad, el silicio no es el mejor material semiconductor en términos de rendimiento, no tiene un intervalo de banda directo y otros compuestos tienen una mayor movilidad de electrones; pero la confiabilidad de sus procesos de producción le permitió a Silicon ser el rey del diseño ULSI, donde tener un billón de transistores IC empaquetados en un pequeño paquete de 2.5 × 2.5 mm requiere un grado extremo de confiabilidad.

Answer 3

Trabajo con un fabricante líder de osciloscopios. Existen muchas diferencias en la forma en que los productos de alto ancho de banda (RF) están diseñados en comparación con un ancho de banda menor. RF es un juego de pelota completamente diferente.

Considere el efecto del punto Q de un condensador donde la impedancia aumenta con la frecuencia. (1 / (2 x pi xfxc)); Del mismo modo, tenga en cuenta que también hay otros componentes que también se ven afectados con la frecuencia, por lo que se necesita mucho trabajo para diseñar productos con una gran precisión para diseñar algo para poder manejarlo. El ancho y la distancia de las pistas en el PCB, los materiales conductores utilizados, la calidad de los materiales para dar algunos ejemplos, todos tienen un impacto en él. Mucho trabajo y cerebro van detrás del diseño de estos productos.

Ahora que usan componentes y materiales de mayor calidad, el precio ciertamente aumentará. El costo de las sondas de RF, por ejemplo, aumenta en aproximadamente $ 1000 por GHz adicional de ancho de banda. Sí, se ven iguales, pero hay una buena razón por la que tienen un precio tan alto.

Answer 4

Creo que la diferencia en los precios radica entre IC analógico y RFIC. Por supuesto, también ponen cierta diferencia de conocimientos en el margen de precios, pero la principal diferencia proviene de RFIC. El aumento de precio casi exponencialmente cuando aumenta la frecuencia de operación es simplemente debido al teorema básico de nyquist. Si desea muestrear 100 MHz, necesita al menos 1 Ghz de frecuencia de muestreo para hacer un buen muestreo. Sin embargo, para el muestreo de señal de 1 GHz, necesita al menos una frecuencia de muestreo de 15 GHz. Y, por supuesto, los riesgos y las limitaciones de diseño aumentan a medida que aumenta la frecuencia. Y, naturalmente, todas esas razones se reflejan en el precio.

Answer 5

Los volúmenes de mercado más bajos, los componentes de mayor calidad y el cuidado mucho mayor en la fabricación y calibración contribuyen a un precio más alto.

Ah, y una pequeña cantidad de chantaje de personas que quieren uno. Negocios son negocios.