示波器為什麼那麼貴？

大多都幾千上萬，為什麼會那麼貴？

我先插個眼，等有時間從內到外系統詳細的說說示波器的構造原理，就知道為啥那麼貴了.

現在開始，我感覺關注這個問題的都是硬體相關的人，所以講的比較具體，閑麻煩可以只看每段的最後一句話：

首先，做硬體，幾千上萬都便宜的很了。。。要講示波器為啥那麼貴，就要介紹一下示波器，在介紹示波器之前，就要先了解一下示波器是用來幹什麼的，當然是用來測波形的，，，這裡，波形我們可以人為的分為兩類：高速信號和低速信號（具體怎麼分析信號，另一個話題了，很龐大）。

我們計劃買一台示波器的時候，首先應該是從需求出發，即我們想要測什麼樣的波形。這裡就引出了整個信號設計及驗證過程中最重要的一個概念：帶寬。也就是我們平時在不停BB的，這個信號是多少M的多少G的頻率（頻率！不是帶寬！），這個示波器的幾G的帶寬。

那麼，我們怎麼把信號的頻率和示波器的帶寬對應起來呢？比如如我們要測一個5GHz頻率方波的數字信號，我們需要買一台具體多大帶寬，多大採樣率的示波器呢？有人會說，3倍，3.5倍... 都不對！不要死記，要懂原理，需要看你具體要測的信號，和想要測到信號的幾次諧波。如果想測到3次諧波：15G帶寬，5次諧波：25G帶寬，7次，9次，，，。這裡的帶寬指的就是奈奎斯特頻率。

引出了這個奈奎斯特頻率的概念之後，我們就可以先圍著這個講一下示波器的大致結構了：

我們從信號的整個處理流程講各部分原理：傳輸（到探頭），衰減，放大，低通濾波（可能放在放大或衰減前一步做，看具體方案），硬體觸發（軟體觸發會放在採樣之後），採樣，運算（包括CDR），輸出到屏幕。這裡最貴的，就是這個「採樣」部分，也就是我們說的AD；接著就是「低通濾波」，濾波器根據不同示波器的種類會有不同的濾波類型（放在後面講）；再接著就是「衰減」和「放大」（為什麼要先衰減了信號，還要再放大，放在後面講）和運算，其他的相比之下，都可以理解為不值錢，，，

接下來，我們要根據信號處理流程，從後往前慢慢詳細具體講一台33GHz帶寬100GSaps的示波器的大致結構和原理：

1，運算和顯示：信號經過AD之後，每個採樣點都變成了一個8bit（或12bit）的整型數據，這些點的數據一般都是從ADC直接經過DMA dump到DRAM里的，這裡需要高速大帶寬低延遲的內部互聯方式---高位寬並行介面（可能每個ADC到DMA的介面都要128bit甚至更高），當這一大坨的數據放到ram里之後，就可以不需要實時的來處理了（當然不會delay很大，信號觸發了10s了，波形還沒顯示出來，就沒有用戶體驗了。所謂不實時就是可以串列處理或者分塊分批了），接下來一般是放在ASIC（或FPGA）里做處理運算，是不會用到你聽過的普通cpu的（i9設計出來不是給你處理大數據的，，，）。這裡處理主要是要做插值和按照你選的套件或者measure類型去做一些運算，比如CDR之後出個眼圖，卡個信號幅值或頻率之類的，然後整堆的數據會直接再次通過DMA送給Graphics顯示到屏幕。這裡值錢的部分是FPGA（ASIC），這個稍微高端一點的，國內做不出來，並且可以預料在很長一段時間內都做不出來，而且大多數情況下，所使用的ASIC量都很少，流一次片的成本或多或少大家都聽過，也就可以想像每個ASIC能貴到什麼程度了。

2， ADC：ADC是最簡單的，但是世界上能做出來高端ADC的一共就那麼幾家。前端處理完的信號，到了ADC，經過AD之後，變成了一大堆的數字信號就完了。這裡，高速的AD，一般就是通過時分的方法，並列使用，串列採樣。就比如，有兩個10GSaps的ADC，每個ADC採樣一次的間隔是0.1ns，那麼當第一個ADC採樣完成之後，間隔0.05ns第二個ADC開始採樣，輸出數字信號進行合併，這裡就相當於我有了一個20GSaps的ADC。一般採樣頻率到了百G的ADC都應該是這類使用方式。這裡會有一個想問題，就是即使ADC晶元做的一致性極好，Vbias做的也是一樣，但是由於是分立的die，就還是會出現採樣值會有誤差。如果有高速示波器和更高速的信號發生器，可以去試一下，一個標準的正弦波經過一個同帶寬的示波器之後會有幅值失真。所以這類方法雖然很好解決了高速採樣的問題，但是也不會使用多個ADC並列。一般可能會是2個。這個ADC以及ADC直間時延調整，只有賣示波器的廠能做的出來。每個賣示波器的廠都是從做ADC開始的，貴的原因同樣就是設計難，還不外銷，量極少。

3，硬體觸發：早些時候的示波器是軟體觸發的，這樣，信號只有採樣採到了想要的Trigger狀態才會觸發。因為信號不是連續一直採樣的，所以觸發的命中率做不到100%。現在增加了硬體觸發電路，類似於比較器+DAC之類的東西，就可以先觸發在採樣。不過相比其他，這部分電路成本就很低了。

4，低通濾波：首先要知道為什麼需要有低通濾波器。還記得前面講過的奈奎斯特頻率嘛，如果一個信號不經過低通就直接送進了ADC，如果這個信號的頻率已經大於了奈奎斯特頻率，那麼AD之後的波形就已經出現了混疊現象，也就失真了。所以需要將輸入信號的3dB帶寬限制在奈奎斯特頻率以內。根據示波器種類的不一，前端低通濾波器響應曲線一般有兩種：實時示波器使用Maximally Flat Respones和採樣示波器使用Bessel Response。具體這兩中頻響曲線的異同優缺點不細說。這個濾波器要有好看的頻響曲線，還要有可控的Groupe Delay，是狠精密的，難實現的，演算法都是公開，拓撲結構也是寫在課本里的，但是國內就是做不出來，即使你買來別人的示波器打開抄，高速的前端都抄不來性能做不出來的東西當然貴。還有一個小問題，最新的高端示波器（&>60GHz 帶寬）對中國是禁運的。此處應該貼上趙本山：不賣！多少錢不賣！那個圖，但是要嚴肅，，，不過高速示波器有中國特供版，帶寬閹割到59GHz。。。

5，衰減和放大：這個相對來講，要容易一些，這個不是壟斷，而且可以買到IP。先衰減的目的是衰減底噪，然後奈奎斯特頻率範圍內再進行多級放大。這個也是目前國內完全做不出來的，並且可以預料，很長一段時間內也做不出來，想想手機之類的射頻AP，也就是剛剛開始的階段，何況幾十GHz的小信號AP呢。但是可以買到（不被制裁的情況下），也就是成本可控了。

6，探頭前端：這個可以算作也可以不算做示波器本體，有的時候我們可能不用前端。無源探頭很便宜，但是帶寬都很低。有緣探頭除了要做阻抗匹配意外，可能也會包括一部分的濾波放大電路，目的是保證信號經過一大段探頭的cable之後質量可控。這個東西成本可能很低，但是配套出售，一個匹配的電阻都賣幾百刀，還是耗材。

示波器幾個大部分到這裡就都介紹了個大概，前面這6項，除了6#，任何一個帶寬上G的示波器，國內這些組件都做不出來，就能想像為什麼貴了吧。

目前市場上高速示波器基本價格就是10W rmb/GHz BW，也就是想買個13G的示波器，帶點套件，探頭，200W。

但是回頭想想，不管花了幾百萬，買來的整個東西全進口，包括殼子布袋之類的附件，沒有一樣made in China，還貴嘛（狗頭）？

整篇回答純個人根據幾年的工作經驗和知識積累總結的，我認為必要的點都標了黑體，感興趣的可以去Google一下這些名詞，會收穫頗豐的。另外本篇可能會有錯誤，歡迎指正。

附上一段其他人的解釋：

Id firstly agree with other posters as to economics of scale. Consumer devices are produced in the millions whereas such a market does not exist for digital oscilloscopes.

Secondly, oscilloscopes are precision devices. They need to undergo rigorous quality control to ensure they live up to expected standards. This further increases costs.

As for bandwidth. The Nyquist criterion states that the sampling rate should be at least twice the frequency you want to measure. But even at twice the rate, it is terrible at best. Consider the following pictures: