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Analogwandler

Ein Blick in die Vergangenheit der Datenwandler

| Autor / Redakteur: Richard Oed * / Richard Oed

In den 1980er-Jahren nahm das Interesse an digitaler Signalverarbeitung durch die Verfügbarkeit von vergleichsweise billigen Mikro­controllern, digitalen Signalprozessoren und Personal Computern zu. Die Treiber dahinter waren neben den bereits erwähnten Applikationen nunmehr auch Audio- und Video-Anwendungen und Computergrafik.

Von der in erster Linie durch die Digitallogik vorangetriebenen Weiterentwicklung der CMOS-Prozesse profitierte auch die Wandlertechnik. Immer kleinere Strukturen erlaubten immer höhere Abtastraten und immer größere Wortbreiten. Die Einführung des bipolaren CMOS-Prozesses (BiCMOS) erleichterte die Integration von Sample-and-Hold-Stufen, Referenzen und Treibern.

Ende der 1980er-Jahre kamen erstmals monolithisch aufgebaute Sigma-Delta-Wandler auf. Obwohl die Grundlagen dafür seit den 1950er-Jahren bekannt waren, war der 1988 eingeführte CSZ5316 von Crystal Semiconductor der erste kommerzielle Wandler mit dieser Technologie.

Mit der stetigen Verbreitung von Modems und Mobiltelefonen stiegen die Anforderungen in den 1990er-Jahren weiter. Der Schwerpunkt lag nun auf niedrigem Stromverbrauch und der Versorgung mit einer einzigen Spannung. Zugleich waren immer kleinere und einfacher zu verarbeitende Gehäuse gefragt, womit der Wechsel von DIP-Gehäusen hin zu Surface-Mount-Packages eingeläutet wurde. Bei den Architekturen kamen vermehrt Pipelinewandler auf, die bei den A/D-Wandlern die Flashwandler der 1980er-Jahre ersetzten. Bei den D/A-Wandlern für den Audiobereich gab es den Übergang von Parallel-DACs auf Sigma-Delta-Wandler.

Die Integration ging immer weiter

Viele der Applikationen erforderten jetzt sowohl einen A/D- als auch einen D/A-Wandler, so dass die Hersteller beides in ein Bauelement integrierten und als sogenannte CODECs (Coder-Decoder) auf den Markt brachten. Zusätzlich integrierte man spezielle Analog- oder Mixed-Signal-Frontends, um Spezialfälle preiswert zu ermöglichen.

Ende der 1990er-Jahre und Anfang der Nuller-Jahre kam dann noch eine ganz neue Gattung an Wandlern auf den Markt: Die Mixed-Signal Bauelemente, die nicht nur A/D- und D/A-Wandler zusammenfassten, sondern auch gleich einen Mikrocontroller, meistens basierend auf der damals sehr populären 8051-Familie von Intel, und einen Flash-Speicher integrierten, wie beispielsweise die Baureihe MSC1200 von Burr-Brown oder der ADuC812 von ADI. Damit waren vollständige und preiswerte Single-Chip Signalverarbeitungssysteme verfügbar. Zeitgleich wurden die Wandlermodule und Hybridwandler durch die modernere und günstigere Mult-Chip-Module-Technik abgelöst.

Generell setzte sich der Trend zu kleineren Strukturen und Gehäusen und zu niedrigeren Versorgungsspannungen fort. Gleichzeitig wurden immer größere Wortbreiten bei höheren Abtastraten und geringerem Stromverbrauch erreicht. Neue Applikationen, wie vernetzte Multimedia-Anwendungen, machten dies erforderlich.

Diese Entwicklung wird sich auch in der Zukunft fortsetzen. Höhere Integration und Systemleistungen und kleinere Strukturen werden die Applikationen der nächsten Jahrzehnte ermöglichen. Die Geschichte der Wandler wird fortgeschrieben.

* Dipl.-Ing. (FH) Richard Oed arbeitet nach 24 Jahren in der Halbleiterei jetzt als freier Fachjournalist.

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