Die Geschichte der Datenwandler
Ohne Datenwandler geht gar nichts
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
A/D-Wandler waren einmal richtig teuer
Mitte der 1950er- bis Anfang der 1960er-Jahre begann man, für elektronische Schaltungen nicht mehr Vakuumröhren, sondern Transistoren zu nutzen, was sich auch auf die Datenumwandlung auswirkte. Wobei auch zu dieser Zeit militärische Programme in den USA die Entwicklung der Wandler weiter vorantrieben. So wurden beispielsweise bereits damals Hochgeschwindigkeits-ADCs in Phased-Array-Radarempfängern eingesetzt. Frühe Prototypen für den erforderlichen 8-bit-ADC mit 10 MSamples/s wurden zwischen 1963 und 1965 von John M. Eubanks und Robert C. Bedingfield in den Bell Labs entwickelt. 1966 verließen die beiden die Bell Labs und gründeten Computer Labs, das eine kommerzielle Version dieses ADC einführte. Der 8-bit-Wandler mit 10 MSamples/s war in einem Rack untergebracht, verfügte über eine eigene lineare Stromversorgung, verbrauchte fast 150 Watt und wurde für etwa 10.000 Dollar verkauft. Für die ersten angebotenen ADCs wurden ausschließlich diskrete Bauelemente verwendet. Die frühen Hochgeschwindigkeits-ADCs von Computer Labs wurden hauptsächlich in Forschungs- und Entwicklungsprojekten im Zusammenhang mit der Entwicklung von Radarempfängern durch Unternehmen wie Raytheon, General Electric und MIT Lincoln Labs eingesetzt. Mitte der 1960er-Jahre leisteten Unternehmen wie Analogic (gegründet von Bernard M. Gordon) und Pastoriza Electronics (gegründet von James Pastoriza) Pionierarbeit bei der Entwicklung von langsameren Instrumenten-, PC-Board- und modularen ADCs. Andere Unternehmen im Bereich der Datenwandler waren Adage, Burr Brown, General Instrument, Radiation und Redcor.
1965 gründeten Ray Stata und Matt Lorber Analog Devices (ADI). Das anfängliche Produktangebot bestand aus modularen Hochleistungs-Operationsverstärkern. 1969 erwarb ADI Pastoriza Electronics, einen führenden Hersteller von Datenkonvertern, und damit war der Grundstein für den Einstieg in die Datenwandlung gelegt, was dazu führte, dass ADI heute der größte und technologisch führende Hersteller von Datenwandlern ist.
Pastoriza hatte eine Reihe von Datenerfassungsprodukten, wie beispielsweise den »ADC-12U«, ein Allzweck-ADC mit 12-bit-Auflösung und sukzessiver Approximation. Dieser ADC wurde 1969 für etwa 800 Dollar verkauft.
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In den 1970er-Jahren setzte der Durchbruch ein
In den 1970er-Jahren begannen quasi die goldenen Zeiten für Datenkonverter. Der ADC/DAC-Markt wurde von einer Reihe von Anwendungen angetrieben, darunter hochauflösende digitale Voltmeter, industrielle Prozesssteuerung, digitales Video, militärisches Phased-Array-Radar, medizinische Bildgebung, Vektor- und Rasterbildschirme. Die meisten dieser Systeme hatten zuvor konventionelle analoge Signalverarbeitungstechniken verwendet, und die zunehmende Verfügbarkeit kostengünstiger Computertechnologie weckte den Wunsch, die Vorteile der höheren Leistung und Flexibilität zu nutzen, die die digitale Signalverarbeitung und -analyse bietet – und natürlich den Bedarf an kompatiblen Datenwandlern. Damals entwickelten immer mehr Unternehmen Wandler, neben ADI beispielsweise auch Analogic (zunächst Epsco und später Gordon Engineering), Burr Brown, Computer Labs, Datel, Hybrid Systems, ILC/Data Device Corporation, Micronetworks, National Semiconductor, Teledyne Philbrick und Zeltex. Die Datenwandler der 1970er-Jahre nutzten alle verfügbaren Technologien: monolithische, modulare und hybride – wobei die modularen und hybriden Produkte in der Regel eine höhere Auflösung und eine höhere Geschwindigkeit boten als die vorhandenen monolithischen Teile.
Mittlerweile werden A/D-Wandler mit viel höheren Auflösungen, höheren Geschwindigkeiten, deutlich geringerer Leistungsaufnahme und vor allem viel geringeren Kosten angeboten. Und die Entwicklung geht weiter, wie zum Beispiel ein Vortrag von ADI auf der letzten ISSCC 2022 zeigt. Dabei wurde der AD4630, ein 24-bit-SAR-ADC mit 2 MSamples/s, vorgestellt, der sich durch eine hervorragende Linearität und eine hohe Genauigkeit auszeichnet, und das Ganze auf Basis einer 180-nm-CMOS-Technologie. Auch bietet Analog Devices heutzutage Datenwandler mit Abtastraten jenseits der 10 GSamples/s an. Fest steht, die Geschichte der ADCs wird laufend fortgeschrieben – es wird also noch genügend Material geben, die kommenden runden Geburtstage der Elektronik mit weiteren Fortschritten auf diesem Gebiet zu versorgen!
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