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TI的芯片之路,从这个产品开始

TI的芯片之路,從這個產品開始

半導體行業觀察 ·  09/30 22:10

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來源:內容編譯自spectrum,謝謝。

想象一下,如果你的老闆在5月召集了一次會議,宣佈他將公司收入的10%投入到一個全新的大衆消費產品的開發中,這個產品將使用一種尚未準備好大規模生產的組件。哦,他還想讓它在不到六個月的時間內上架,趕在假日購物季之前。雄心勃勃,是的。也有點瘋狂,是的。

但這正是德州儀器(Texas Instruments)的副總裁Pat Haggerty在1954年所做的。結果就是Regency TR-1,這款世界上第一款商用晶體管收音機在70年前的這個月問世。工程師們實現了Haggerty的大膽目標,我當然希望他們在年底收到了豐厚的獎金。

爲什麼德州儀器製造了Regency TR-1晶體管收音機?

那麼德州儀器一開始是如何製作晶體管收音機的呢?德州儀器的歷史可以追溯到一家名爲地球物理服務公司(Geophysical Service Inc.,簡稱GSI)的公司,該公司爲石油行業製造地震儀器以及爲軍方提供電子設備。1945年,GSI聘請Patrick E. Haggerty擔任其實驗室和製造部門以及電子業務的總經理。到1951年,Haggerty的部門已經大大超過了GSI的地球物理部門,因此這家總部位於達拉斯的公司進行了重組,專注於電子業務,並更名爲德州儀器。

與此同時,1948年6月30日,貝爾實驗室(Bell Labs)宣佈了John Bardeen和Walter Brattain發明晶體管的突破性進展。電子設備不再依賴於大型、發熱的真空管。由於晶體管具有廣泛的應用潛力,美國政府選擇不對該技術進行保密。1951年,貝爾實驗室通過西電公司(Western Electric Co.)開始以2.5萬美元的價格許可晶體管技術;Haggerty於次年爲德州儀器購買了許可證。

工程師們實現了Haggerty的大膽目標,我當然希望他們在年底收到了豐厚的獎金。

當時德州儀器還是一家規模較小的公司,研發能力有限。但Haggerty和其他創始人希望將其發展爲一家大而盈利的公司。因此,他們建立了專注於半導體材料的研究實驗室,以及開發可上市產品的項目工程團隊。

Haggerty做了一項明智的投資,他聘用了在貝爾實驗室工作了22年的資深專家Gordon Teal。儘管Teal並不是發明鍺晶體管的團隊成員,但他意識到通過使用單一生長的晶體(如硅)可以改進鍺晶體管。Haggerty熟悉Teal的工作,曾在1951年的貝爾實驗室晶體管技術研討會上聽過他的報告。Teal恰好思鄉,想回到家鄉德州,因此當他看到《紐約時報》上德州儀器爲研究總監的招聘廣告時,立即申請。Haggerty爲他提供了助理副總裁的職位。Teal於1953年1月1日正式加入德州儀器。

15個月後,Teal向Haggerty展示了第一個硅晶體管,並在三週半後於俄亥俄州代頓舉行的國家無線電工程師協會(Institute of Radio Engineers)航空電子全國會議上公佈了他的研究成果。他那篇題爲《硅和鍺材料及器件的近期發展》的文章,輕描淡寫地概述了這一重大的技術突破。正如Michael Riordan在其出色的文章《晶體管的失落歷史》(IEEE Spectrum,2004年10月)中所描述的那樣,觀衆們驚訝地發現,德州儀器不僅擁有一種硅晶體管,實際上已有三種硅晶體管投入生產。

有趣的小插曲:上圖中的TR-1收音機曾屬於Willis Adcock,一位被Teal聘請的物理化學家,他負責完善德州儀器的硅晶體管以及用於TR-1的晶體管。(這臺收音機現存於史密森學會美國國家歷史博物館的收藏中。)

TR-1在不到六個月的時間內成爲了一款產品

這項在硅技術上的進步讓德州儀器(TI)成爲晶體管行業的重要玩家,但Haggerty顯得不耐煩。他現在就想要一款商用的晶體管產品,即使這意味着使用鍺晶體管。1954年5月21日,Haggerty向TI的一個研究團隊提出挑戰,要求他們在接下來的一週內做出一個晶體管收音機的工作原型;四天後,這個團隊做到了,使用八個晶體管的麪包板原型讓Haggerty覺得已經足夠好,於是他決定投入200萬美元——剛好不到TI收入的10%——來將這款收音機商業化。

當然,一個工作原型並不等同於一款大規模量產的產品,Haggerty知道TI需要一個合作伙伴來幫助製造這款收音機。這個合作伙伴最終是來自印第安納波利斯的小公司——工業發展工程協會(IDEA),該公司專門生產天線增強器和其他電子產品。1954年6月,他們簽署了一份協議,目標是在10月宣佈這款新收音機。TI提供元件,而IDEA則以其Regency品牌生產這款收音機。

當時的鍺晶體管每個售價在10到15美元之間。使用八個晶體管,這款收音機的成本太高,無法達到50美元的目標價(摺合今天的價格超過580美元,巧合的是,你現在在eBay上大概也要花這麼多錢才能買到一臺保存完好的TR-1)。當時的真空管收音機售價更低,但TI和IDEA認爲,早期的技術嚐鮮者會願意花這麼多錢來體驗新技術。Haggerty的戰略之一就是通過增加晶體管的產量來最終降低每個晶體管的成本,最終他將價格壓到了大約2.50美元。

當TI與IDEA會面時,麪包板上的晶體管數量已經減少到六個。IDEA的挑戰是如何在盈利的前提下生產這款晶體管收音機。根據項目的首席工程師Richard Koch的口述歷史,TI的真正目標是製造晶體管,而收音機不過是實現這一目標的噱頭。事實上,TI與IDEA協議的一部分是,項目中產生的任何專利都將屬於公共領域,以便TI能夠自由地向其他買家銷售更多的晶體管。

在第一次會議上,Koch(此前從未見過真實的晶體管)建議用鍺二極管替代探測器(用於從所需的無線電頻率中提取音頻信號),將晶體管數量減少到五個。經過進一步的思考,Koch通過在振盪器/混頻電路中使用單個晶體管,消除了另一個晶體管。

最終設計採用了四個晶體管,使用超外差設計(一種接收器,將兩個頻率結合,產生可以輕鬆放大的中頻,從而增強微弱信號並減少所需天線的尺寸)。TR-1擁有兩個作爲中頻放大器的晶體管,一個音頻放大器晶體管,以及一個振盪器/混頻器。Koch於次年申請了該電路的專利。

這款收音機使用22.5伏的電池,電池壽命爲20到30小時,價格約爲1.25美元(這種電池還用於助聽器的外部電源和電子組件,這是當時唯一使用晶體管的消費產品)。

當IDEA的團隊忙於電路設計時,他們將TR-1的外殼設計外包給了芝加哥的Painter、Teague和Petertil公司。他們的第一個設計沒成功,因爲元件無法安裝進去。他們的第二個設計會更好一些嗎?Koch後來回憶說,IDEA的採購代理Floyd Hayhurst在芝加哥拿到了收音機外殼的模具,並匆忙帶回印第安納波利斯。他在凌晨2點到達,團隊馬上開始工作。幸運的是,這次所有東西都適配了。塑料外殼有點變形,但這很容易解決:他們在每個外殼下線時用木塊固定,以防止它在冷卻時扭曲。

1954年10月18日,德州儀器宣佈推出首款商業化晶體管收音機。該收音機將於11月1日起在紐約和洛杉磯的部分門店銷售,並在生產規模擴大後實現更廣泛的分銷。Regency TR-1晶體管口袋收音機最初提供黑色、灰色、紅色和象牙色,後來又增加了綠色和紅木色,以及一系列珍珠和透明色,包括薰衣草、珍珠白、海洋藍、粉色和青檸色。

TR-1的評價平平,面臨競爭

《消費者報告》對Regency TR-1的評價並不熱情。在1955年4月的評測中,雜誌認爲在良好的條件下語音傳輸「足夠」,但在任何條件下的音樂傳輸都不令人滿意,尤其是在嘈雜的街道或擁擠的海灘。該雜誌用「尖叫」、「刺耳」、「薄弱」、「金屬音」和「高音」等形容詞來描述各種聲音——對於一款收音機來說,這並不算好評。它還批評了開關的設計,建議消費者在購買之前等到進一步改進。

TI和IDEA的工程師們並不一定不同意這種評價。他們知道,選擇僅用四個晶體管就意味着在音質上做出了妥協。他們在晶體管和其他組件的質量控制方面也存在問題,最初的故障率高達50%。最終,IDEA將故障率降低到12%到15%。

TI和IDEA並不知道,雷神公司(Raytheon)也在開發一款晶體管收音機——一款臺式機型,而非口袋大小的收音機。臺式設計讓他們有空間使用六個晶體管,這顯著提升了音質。雷神公司的收音機於1955年2月上市,售價79.95美元,重2公斤,使用四個D型電池。到同年8月,一家名爲東京電信工程公司的日本小公司發佈了其首款晶體管收音機TR-55。幾年後,該公司更名爲索尼(Sony),並在全球消費收音機市場上取得了主導地位。

Regency TR-1的遺產

從多個方面來看,Regency TR-1都是成功的:它在首年銷售了10萬台,並幫助推動了晶體管市場的發展。然而,這款收音機的利潤始終不高。在短短几年內,德州儀器和IDEA都退出了商業AM收音機市場,TI專注於半導體,IDEA則轉向公民帶收音機。但Pat Haggerty估計,這款小型口袋收音機使晶體管消費品市場提前了兩年發展。這是一項冒險的嘗試,最終成功歸功於一些具備遠見的辛勤工程師。

參考鏈接

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