【IEEE里程碑】16位單片DAC

　　2010年12月6日，16位單片DAC（Digital-to-Analog Converter，數(shù)模轉(zhuǎn)換器）獲頒IEEE里程碑（IEEE Milestone）牌匾，以表彰其在音頻領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

　　該牌匾放在美國亞利桑那州（Arizona）圖森（Tucson）和德克薩斯州（Texas）達(dá)拉斯（Dallas）。牌匾上刻文：

　　1982年初，布爾-布朗（Burr-Brown，后來歸屬于德州儀器Texas Instruments）推出了16位單片數(shù)模轉(zhuǎn)換器，幫助飛利浦和索尼早期的光盤（Compact Disc，CD），實(shí)現(xiàn)了價格合理的高質(zhì)量光盤播放器，該轉(zhuǎn)換器永久改變了音樂的播放和發(fā)行，從模擬留聲機(jī)唱片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字光盤，迎來了數(shù)字媒體播放。In early 1982,Burr-Brown Research Corporation,later part of Texas Instruments,Inc.,demonstrated a 16-bit monolithic digital-to-analog converter.Coupled with earlier compact disc development by Philips and Sony,it enabled affordable high-quality compact disc players,helped transform music distribution and playback from analog phonograph records to digital compact discs,and ushered in digital media playback.

　　2010年12月6日里程碑儀式上的獲獎?wù)逥AC團(tuán)隊(duì)成員，照片由琳達(dá)·普拉扎克（Linda Prazak）拍攝。

　　站立（從左至右）：露西·王（Lucy Wang，已故獲獎?wù)咄心帷ね魽nthony D.Wang的母親）、文斯·王（Vince Wang，托尼·王的弟弟，拿著托尼的肖像）、吉姆·奈勒（Jim Naylor）、托尼·米勒（Tony Miller）、松佐子浩二（Koji Matsusako）、比爾·莉利斯（Bill Lillis）、克萊·塔湯姆（Clay Tatom）、森川明（Akira Morikawa）、保羅·克勒星豪澤（Paul Kresingshauser）。

　　下蹲（從左至右）：羅伯特·懷特（Robert L.(Bob)White、保羅·普拉扎克（Paul Prazak）。

　　*Jimmy Eldridge未在列。

16位單片DAC的歷史意義

　　1981年推出的PCM53/DAC700是世界上第一個16位單片DAC產(chǎn)品。該產(chǎn)品在音樂行業(yè)從模擬錄音帶和黑膠長播放光盤(LP)轉(zhuǎn)變成數(shù)字音頻光盤方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，幾乎所有主要的CD播放器制造商都使用該產(chǎn)品，Burr-Brown以超過80%的份額主導(dǎo)了數(shù)字音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場。電影《The Italian Job偷天換日》中就曾提及Burr Brown的DAC產(chǎn)品。

　　16位單片DAC產(chǎn)品的推出，加上1970年代和1980年代在音頻和語音處理、數(shù)字信號處理方面的技術(shù)進(jìn)步，導(dǎo)致數(shù)字音頻取代模擬音頻并催生了新的數(shù)字音頻隨著新一代iPod和其他MP3播放器的推出。

Burr-Brown結(jié)緣音頻

　　布爾-布朗（Burr-Brown）由工程師Robert Page Burr和Thomas R.Brown Jr.于1956年成立。公司起源于亞利桑那州（Arizona）圖森（Tucson）一個400平方英尺的車庫。

　　1957年，Burr-Brown推出世界上第一個固態(tài)運(yùn)算放大器（OP-AMP）Model 130，該技術(shù)仍然是現(xiàn)代高級音頻系統(tǒng)的核心。借助運(yùn)算放大器產(chǎn)品線，Burr-Brown在模擬時代就開啟了自己的旅程。

　　1972年，飛利浦展示了一種新型的家庭音頻媒介，也就是光學(xué)影碟。Burr-Brown意識到數(shù)字技術(shù)將徹底改變音頻行業(yè)。1975年，公司發(fā)布了ADC80和DAC80，成為了12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Burr-Brown的技術(shù)和創(chuàng)新讓世界進(jìn)入到了數(shù)字音頻時代。

　　1980年6月份，索尼和飛利浦聯(lián)合宣布已經(jīng)確定了其光盤音頻標(biāo)準(zhǔn)，Burr-Brown抓住了CD播放機(jī)市場，于1981年12月發(fā)布了16位單片DAC，1982年正式商用。該器件有助于降低CD播放器的價格，有助于引領(lǐng)從模擬留聲機(jī)唱片到數(shù)字CD和數(shù)字音頻媒體的過渡。

　　1981年4月3日，布爾-布朗（Burr-Brown）的Jim Naylor、William J.Lillis、Anthony D.Wang和Robert L.White就單片數(shù)模轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)提交了2項(xiàng)美國專利4 423 409（Digital-to-analog converter having single-ended input interface circuit.；1981年12月27日獲批，發(fā)明人有Jimmy R.Naylor;William J.Lillis;Anthony D.Wang）和4 381 497（Digital-to-analog converter having open-loop voltage reference for regulating bit switch currents.；1983年4月26日獲批；發(fā)明人有William J.Lillis;Jimmy R.Naylor;Anthony D.Wang;Robert L.White;）。

　　1983年，Jim Naylor寫了一篇關(guān)于PCM53/DAC700的文章《A complete high-speed voltage output 16-bit monolithic DAC》，這是世界上第一篇有關(guān)16位單片DAC的論文。

　　1989年，Burr-Brown推出了OPA627，該產(chǎn)品現(xiàn)已被視為音頻技術(shù)的經(jīng)典之作，是業(yè)界首款可提供音頻應(yīng)用的極低噪聲和失真性能的結(jié)型場效應(yīng)晶體管輸入運(yùn)算放大器。

　　2000年，TI完成對Burr-Brown的收購將Burr-Brown的精密信號鏈技術(shù)專長與TI先進(jìn)半導(dǎo)體工藝技術(shù)和制造專長相結(jié)合。

　　如今，音頻系統(tǒng)制造商正在使用TI-Burr-Brown技術(shù)，從移動設(shè)備到車輛信息娛樂系統(tǒng)再到家庭影院再到VR等領(lǐng)域的創(chuàng)新。Burr-Brown音頻技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用包括眾多旨在幫助劇院，視頻制作和錄音棚音頻系統(tǒng)開發(fā)人員解決技術(shù)挑戰(zhàn)的產(chǎn)品。

DAC的發(fā)展

　　DAC的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管到集成電路的發(fā)展過程，其發(fā)展的每一階段都和當(dāng)時最新科技成就相關(guān)聯(lián)。從歷史來看，經(jīng)歷了四次飛躍。

　　第一次飛躍是從模擬信號的編碼、解碼到模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換。1940年代，人類從事數(shù)字通信研究，如脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PCM），要求發(fā)送部分能將傳送的聲音、圖像等連續(xù)變化的模擬量化成數(shù)字形式發(fā)送。而信號接收部分要求能把接收到的數(shù)字信號還原成聲音、圖像。于是人類研制了采用電子管組裝的DAC和ADC。

　　第二次飛躍是晶體管取代電子管。隨著晶體管工藝的發(fā)展和成熟，1950年代后期，DAC進(jìn)入晶體管時代，體積和重量大大減少。

　　第三次飛躍是多片結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)。該時期的DAC是從使用加權(quán)電阻的結(jié)構(gòu)、雙極晶體管的工藝處理技術(shù)開始的。1960年代中期開始，構(gòu)成DAC和ADC的主要功能單元電路，如運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電壓源、電壓比較器、電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬電子開關(guān)和邏輯控制電路等，己陸續(xù)實(shí)現(xiàn)集成化，特別是集成化運(yùn)算放大器已開始進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)階段。在此基礎(chǔ)上人們逐摒棄了完全由分立元器件組裝DAC和ADC的傳統(tǒng)方法，開始選用那些現(xiàn)成的具有某種單一功能的集成電路，如集成化運(yùn)算放大器、邏輯集成電路、集成電壓比較器或集成基準(zhǔn)電壓源等集成電路單元，并外加一些必要的元器件，來組裝DAC和ADC。這種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，與完全由分立元器件組裝的轉(zhuǎn)換器相比在一定程度上簡化了組裝結(jié)構(gòu)。無論是完全由分立元器件組裝的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，還是由集成電路單元附加許多分立元器件組裝的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，都被稱為組件型轉(zhuǎn)換器。其中，前者被稱為第一代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，而后者被稱為第二代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。顯然，第二代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是全集成化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的先聲。在第二代組件型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)展的同時，出現(xiàn)了混合集成電路型轉(zhuǎn)換器(也叫混合型轉(zhuǎn)換器)。與其他許多混合型模擬集成電路一樣，混合型集成轉(zhuǎn)換器是把分立的晶體管(或者單片集成的具有基本功能的單元電路，或者單片集成的低位轉(zhuǎn)換器)粘貼在絕緣襯底上，再通過薄膜或者厚膜技術(shù)，在同一絕緣襯底上制作電阻、電容和金屬互連線，從而構(gòu)成具有完整功能的轉(zhuǎn)換器。常見的混合型集成轉(zhuǎn)換器都是采用薄膜技術(shù)構(gòu)成的。

　　第四次飛躍是單芯片出現(xiàn)。1970年代，DAC進(jìn)入了單片集成時代。1971年誕生了第一塊全集成DAC，它的出現(xiàn)標(biāo)志著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器真正達(dá)到了工業(yè)化大批量生產(chǎn)的階段，擺脫了精心挑選轉(zhuǎn)換器中元器件的麻煩，從而大大降低了成本，提高了可靠性。此后，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器得到迅速發(fā)展。新的設(shè)計(jì)思想、新的制作工藝和新的種類不斷增加，性能不斷提高。工藝上，不但雙極型器件的工藝進(jìn)一步得到改進(jìn)，使雙極型轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的邏輯電路可采用高速的ECL電路或者高集成度的I2L電路，而且增加了MOS工藝，特別是CMOS工藝，使得DAC的集成度和功耗都有很大的改進(jìn)。1975年ADI推出單片8位ADC芯片產(chǎn)品DAC08。