【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。

　　該牌匾放在美國亞利桑那州（Arizona）圖森（Tucson）和德克薩斯州（Texas）達拉斯（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團隊成員，照片由琳達·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)計提交了2項美國專利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)實現(xiàn)集成化，特別是集成化運算放大器已開始進入大規(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一步得到改進，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。1975年ADI推出單片8位ADC芯片產(chǎn)品DAC08。