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Analogwandler

Ein Blick in die Vergangenheit der Datenwandler

| Autor / Redakteur: Richard Oed * / Richard Oed

Halbleiterschaltungen machten den Massenmarkt möglich

Halbleiterschaltungen gewannen erst ab Mitte der 1960er-Jahre langsam an Bedeutung, nachdem in den Jahren zuvor etliche Meilensteine in der Halbleitertechnik erreicht worden waren. Dies waren unter anderem die Erfindung des Germaniumtransistors 1947 durch Bardeen, Brattain und Shockley in den Bell Labs, die Erfindung des Siliziumtransistors 1954 durch Gordon Teal bei Texas Instruments (TI) und die Erfindung des integrierten Schaltkreises durch Jack Kilby bei TI 1958 und Robert Noyce bei Fairchild 1959.

Ein Datenwandler, der die neue Technik verwendete, war beispielsweise der ADC-12U von Pastoriza Electronics, ein 12-Bit, 10 µs SAR-ADC. Neben einem Komparator und einem D/A-Wandler benötigte er noch 14 Bausteine aus der 74- und 74H-Familie für die Register-Logik. Deren Verwendung wurde durch die zunächst von AMD und National Semiconductor angebotenen speziellen SAR-Logic ICs überflüssig und später wurde die Logik direkt integriert.

Bemerkenswert ist die Tatsache, dass Mitte der 1960er-Jahre bereits alle auch heute noch verwendeten grundlegenden Architekturen wie SAR, Sigma-Delta oder Flash entwickelt und beschrieben waren, ebenso wie die zugehörigen Basiskomponenten.

Neue Anwendungsfelder wie Industriesteuerungen, medizinische Bildgebung und hochauflösende Messtechnik brachten in den 1970er-Jahren nicht nur zusätzliche Wandlerbausteine, sondern auch neue Hersteller hervor, die zum Teil nur Einzelkomponenten lieferten. Diese Wandler machten von jeder damals verfügbaren Technologie Gebrauch und so kamen Umsetzer, die modular oder hybrid aufgebaut waren, ebenso auf den Markt wie monolithische Wandler. Letztere benötigten anfangs noch eine große Zahl externer Komponenten, die alle Einfluss auf die Genauigkeit hatten und daher den Entwurf von Schaltungen sehr aufwändig werden ließen. Auf der Chipseite hatte man das Problem bereits durch die Einführung von Dünnschichtwiderständen, die auf dem Wafer per Laser getrimmt wurden, gelöst.

Verschiedene Technologien wurden ausprobiert

Hybrid-Wandler, die ein keramisches Subs­trat benutzten, auf welches die einzelnen Dies gebondet wurden, hatten zwar wesentlich bessere Eigenschaften, waren aber auch bedeutend teurer als ICs. Um billiger zu werden, experimentierten einige Firmen, wie beispielsweise Philbrick Research, mit einer Dickfilm-Hybridtechnologie, die zunächst zwar erheblich Aufwand sparte, aber auf lange Sicht durch die rasch fortschreitende Entwicklung der ICs überholt wurde.

Interessanterweise verfügte keiner der in den 1970er-Jahren entwickelten A/D-Wandler über Sample-and-Hold-Stufen.

Diese mussten entsprechend der Wandlerspezifikation extern hinzugefügt werden. Erst später wurden sie mit integriert.

Modulare Wandler, die aus mehreren einzelnen Bauelementen auf einer gemeinsamen Platine aufgebaut waren, verfügten zwar über eine sehr gute Leistungsfähigkeit, waren allerdings auch bedeutend teuer. Die Preise variierten, je nach technischen Daten, zwischen mehreren hundert und einigen tausend Dollar.

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