16位DAC单片机的里程碑

来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）转载自公众号「芯思想」，作者：赵元闯，谢谢。

2010年12月6日，16位单片DAC（Digital-to-Analog Converter，数模转换器）获颁IEEE里程碑（IEEE Milestone）牌匾，以表彰其在音频领域的贡献。

该牌匾放在美国亚利桑那州（Arizona）图森（Tucson）和德克萨斯州（Texas）达拉斯（Dallas）。牌匾上刻文：

1982 年初，布尔-布朗（Burr-Brown，后来归属于德州仪器Texas Instruments）推出了16位单片数模转换器，帮助飞利浦和索尼早期的光盘（Compact Disc，CD），实现了价格合理的高质量光盘播放器，该转换器永久改变了音乐的播放和发行，从模拟留声机唱片转变为数字光盘，迎来了数字媒体播放。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日里程碑仪式上的获奖者DAC团队成员，照片由琳达·普拉扎克（Linda Prazak）拍摄。

站立（从左至右）：露西·王（Lucy Wang，已故获奖者托尼·王Anthony D. Wang的母亲）、文斯·王（Vince Wang，托尼·王的弟弟，拿着托尼的肖像）、吉姆·奈勒（Jim Naylor）、托尼·米勒（Tony Miller）、松佐子浩二（Koji Matsusako）、比尔·莉利斯（Bill Lillis）、克莱·塔汤姆（Clay Tatom）、森川明（Akira Morikawa）、保罗·克勒星豪泽（Paul Kresingshauser）。

下蹲（从左至右）：罗伯特·怀特（Robert L. (Bob) White、保罗·普拉扎克（Paul Prazak）。

*Jimmy Eldridge未在列。

16位单片 DAC 的历史意义

1981年推出的PCM53/DAC700 是世界上第一个16位单片DAC产品。该产品在音乐行业从模拟录音带和黑胶长播放光盘 (LP) 转变成数字音频光盘方面发挥了关键作用，几乎所有主要的CD播放器制造商都使用该产品，Burr-Brown以超过80%的份额主导了数字音频数据转换器市场。电影《The Italian Job偷天换日》中就曾提及Burr Brown的DAC产品。

16位单片DAC产品的推出，加上1970年代和1980年代在音频和语音处理、数字信号处理方面的技术进步，导致数字音频取代模拟音频并催生了新的数字音频随着新一代iPod和其他MP3播放器的推出。

Burr-Brown结缘音频

布尔-布朗（Burr-Brown）由工程师Robert Page Burr和Thomas R.Brown Jr.于1956年成立。公司起源于亚利桑那州（Arizona）图森（Tucson）一个400平方英尺的车库。

1957年，Burr-Brown推出世界上第一个固态运算放大器（OP-AMP）Model 130，该技术仍然是现代高级音频系统的核心。借助运算放大器产品线，Burr-Brown在模拟时代就开启了自己的旅程。

1972年，飞利浦展示了一种新型的家庭音频媒介，也就是光学影碟。Burr-Brown意识到数字技术将彻底改变音频行业。1975年，公司发布了ADC80和DAC80，成为了12位数据转换器的行业标准。Burr-Brown的技术和创新让世界进入到了数字音频时代。

1980年6月份，索尼和飞利浦联合宣布已经确定了其光盘音频标准，Burr-Brown抓住了CD播放机市场，于1981年12月发布了16位单片DAC，1982年正式商用。该器件有助于降低CD播放器的价格，有助于引领从模拟留声机唱片到数字CD和数字音频媒体的过渡。

1981年4月3日，布尔-布朗（Burr-Brown）的Jim Naylor、William J. Lillis、Anthony D. Wang和Robert L. White就单片数模转换器设计提交了2项美国专利4 423 409（Digital-to-analog converter having single-ended input interface circuit.；1981年12月27日获批，发明人有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日获批；发明人有William J. Lillis; Jimmy R.Naylor; Anthony D. Wang; Robert L. White; ）。

1983年，Jim Naylor写了一篇关于PCM53/DAC700的文章《A complete high-speed voltage output 16-bit monolithic DAC》，这是世界上第一篇有关16位单片DAC的论文。

1989年，Burr-Brown推出了OPA627，该产品现已被视为音频技术的经典之作，是业界首款可提供音频应用的极低噪声和失真性能的结型场效应晶体管输入运算放大器。

2000年，TI完成对Burr-Brown的收购将Burr-Brown的精密信号链技术专长与TI先进半导体工艺技术和制造专长相结合。

如今，音频系统制造商正在使用TI-Burr-Brown技术，从移动设备到车辆信息娱乐系统再到家庭影院再到VR等领域的创新。Burr-Brown音频技术的商业应用包括众多旨在帮助剧院，视频制作和录音棚音频系统开发人员解决技术挑战的产品。

DAC的发展

DAC的发展经历了从电子管、晶体管到集成电路的发展过程，其发展的每一阶段都和当时最新科技成就相关联。从历史来看，经历了四次飞跃。

第一次飞跃是从模拟信号的编码、解码到模数、数模转换。1940年代，人类从事数字通信研究，如脉冲编码调制技术（PCM），要求发送部分能将传送的声音、图像等连续变化的模拟量化成数字形式发送。而信号接收部分要求能把接收到的数字信号还原成声音、图像。于是人类研制了采用电子管组装的DAC和ADC。

第二次飞跃是晶体管取代电子管。随着晶体管工艺的发展和成熟，1950年代后期，DAC进入晶体管时代，体积和重量大大减少。

第三次飞跃是多片结构转换器出现。该时期的DAC是从使用加权电阻的结构、双极晶体管的工艺处理技术开始的。1960年代中期开始，构成DAC和ADC的主要功能单元电路，如运算放大器、基准电压源、电压比较器、电阻网络、模拟电子开关和逻辑控制电路等，己陆续实现集成化，特别是集成化运算放大器已开始进入大规模工业生产阶段。在此基础上人们逐摒弃了完全由分立元器件组装DAC和ADC的传统方法，开始选用那些现成的具有某种单一功能的集成电路，如集成化运算放大器、逻辑集成电路、集成电压比较器或集成基准电压源等集成电路单元，并外加一些必要的元器件，来组装DAC和ADC。这种结构形式的数据转换器，与完全由分立元器件组装的转换器相比在一定程度上简化了组装结构。无论是完全由分立元器件组装的数据转换器，还是由集成电路单元附加许多分立元器件组装的数据转换器，都被称为组件型转换器。其中，前者被称为第一代组件型数据转换器，而后者被称为第二代组件型数据转换器。显然，第二代组件型数据转换器是全集成化数据转换器的先声。在第二代组件型数据转换器发展的同时，出现了混合集成电路型转换器(也叫混合型转换器)。与其他许多混合型模拟集成电路一样，混合型集成转换器是把分立的晶体管(或者单片集成的具有基本功能的单元电路，或者单片集成的低位转换器)粘贴在绝缘衬底上，再通过薄膜或者厚膜技术，在同一绝缘衬底上制作电阻、电容和金属互连线，从而构成具有完整功能的转换器。常见的混合型集成转换器都是采用薄膜技术构成的。

第四次飞跃是单芯片出现。1970年代，DAC进入了单片集成时代。1971年诞生了第一块全集成DAC，它的出现标志着数据转换器真正达到了工业化大批量生产的阶段，摆脱了精心挑选转换器中元器件的麻烦，从而大大降低了成本，提高了可靠性。此后，数据转换器得到迅速发展。新的设计思想、新的制作工艺和新的种类不断增加，性能不断提高。工艺上，不但双极型器件的工艺进一步得到改进，使双极型转换器内部的逻辑电路可采用高速的ECL电路或者高集成度的I2L电路，而且增加了MOS工艺，特别是CMOS工艺，使得DAC的集成度和功耗都有很大的改进。1975年ADI推出单片8位ADC芯片产品DAC08。