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1. 数据转换器历史 - 模拟数字转换
第 1 章 数据转换器历史 Walt Kester 章节前言 本章的灵感来自 Walt Jung 在其著作《运算放大器应用》（参考文献 1）第一章中对运算放大器历史的论述。他关于该主题的著作引用了数百篇有趣的文章、专利等，从整体上看，它们描绘了一幅运算放大器发展的迷人图景——从 Harold Black 早期的反馈放大器草图到现代高性能 IC 运算放大器。我们试图对数据转换器的历史做同样的事情。考虑到这项工作的范围——以及数据转换器的混乱和零散的发展——我们在组织材料方面面临着艰巨的挑战。我们没有将所有历史材料都放在这一章中，而是选择将其中的一些分散在整本书中。例如，第 3 章（数据转换器架构）中包含了与数据转换器架构相关的大部分历史资料，以及各个转换器架构描述。同样，第 4 章（数据转换器工艺技术）包含与数据转换器工艺技术相关的大部分关键事件。第 5 章（测试数据转换器）涉及与数据转换器测试相关的一些关键历史发展。为了尽可能使本书的每一章都具有独立性，一些历史资料在几处重复 - 因此，读者应该意识到这种重复是故意的，而不是粗心编辑的结果。其中之一如图 1.1 所示，可追溯到 18 世纪。第 1.1 节：早期历史 很难确定第一个数据转换器的确切制造时间或形式。本书作者所知的最早记录的二进制 DAC 根本不是电子的，而是液压的。奥斯曼帝国统治下的土耳其在公共供水方面存在问题，并建造了复杂的系统来计量水量。使用这种计量系统的实际大坝的一个例子是 19 世纪初在伊斯坦布尔附近建造的马哈茂德二世大坝，并在参考文献 2 中进行了描述。计量系统使用水库（在图中标记为集水箱），通过溢洪道保持在恒定深度（对应于参考电位），水刚刚从溢洪道上滴落（标准是流量足以漂浮吸管）。这在图 1.1A 中进行了说明。集水箱的水输出由浸没在水面以下 96 毫米处的带门控二进制加权喷嘴控制。喷嘴的输出为输出槽供水，如图 1.1B 所示。喷嘴尺寸对应于 1 lüle（= 36 l/min 或 52 m 3 /天）基本单位的二进制倍数和分数的流量。八 lüle 喷嘴被称为“sekizli lüle”，
第 4 章：数据转换器工艺技术
图 4.2：1953 年推出的 K2-W 运算放大器（Dan Sheingold 供图） 脉冲编码调制 (PCM) 是早期数据转换器开发的第一个主要驱动力，Alec Hartley Reeves 被普遍认为是 1937 年 PCM 的发明者。（参考文献 7）。在他的专利中，他描述了一种真空管“计数”ADC 和 DAC（参见本书第 3 章）。20 世纪 40 年代，贝尔实验室继续开发数据转换器，不仅用于 PCM 系统开发，还用于战时加密系统。20 世纪 40 年代末和 50 年代初数字计算机的发展激发了人们对数据分析、数字过程控制等的兴趣，并产生了对数据转换器的更多商业兴趣。 1953 年，数据转换领域的先驱 Bernard M. Gordon 在马萨诸塞州康科德的地下室创立了一家名为 Epsco Engineering（现为 Analogic, Inc.）的公司。Gordon 之前曾参与 UNIVAC 计算机的研发，并看到了商业数据转换器的需求。1954 年，Epsco 推出了一款 11 位、50 kSPS 真空管 SAR ADC，称为 DATRAC。该转换器（如图 4.3 所示）通常被认为是此类设备的第一个商业产品。DATRAC 采用 19" × 26" × 15" 外壳，功耗为几百瓦，售价约为 8000.00 美元。虽然真空管 DATRAC 在当时确实令人印象深刻，但固态设备在 20 世纪 50 年代开始出现，最终彻底改变了整个数据转换领域