Todo es Analógico

“¡Todo es analógico!” afirmaría enfáticamente, a menudo golpeando la mesa para dar efecto. Aquellos en la sala que me conocían seguirían trabajando, aquellos que no me creían se podía ver que rodaban los ojos, pero a veces lograba captar la atención de un recién contratado o alguien recién salido de la escuela, y ellos podrían preguntar “¿y qué hay del digital?”

Estábamos a mediados de la década de 1980, y yo trabajaba en Commodore Business Systems como ingeniero de diseño senior, lo que significaba que mis errores se reproducían por millones. Nunca había ido a la universidad y había ascendido desde ser un técnico de reparación de televisores con licencia. Decir que era autodidacta no habría sido del todo cierto, ya que una vez que entré en varios departamentos de ingeniería, aprendí de las personas brillantes que me rodeaban. También me esforcé por aprender de los errores, fueran míos o de ellos.

Si omitimos el punto en el tiempo habitado por la "Generación ECL", la subsiguiente "Generación TTL" tenía la tentación de pensar en términos de connotación digital, es decir, comenzaron a llamar a las señales "alto" o "bajo", o para palabras aún más cortas, un "1" o un "0". ¿Simple, verdad? Por supuesto, ahora conocemos y usamos términos como Integridad de Señal (SI) y Red de Distribución de Energía (PDN), pero en aquel entonces los procesadores en equipos de consumo y pequeños industriales eran relativamente nuevos.

De repente, tuvimos una generación de nuevos ingenieros que "hacían lo digital, pero no lo analógico". Llegué a descubrir que la mayoría de ellos quería decir que no trabajaban con bucles de tierra, emisiones/susceptibilidad de la FCC, diseño de fuentes de alimentación e incluso los circuitos de reinicio estaban fuera de sus zonas de confort. Personalmente, veía el trabajo como algo integral, siendo un ejemplo principal que lo primero que enseñaba a cualquier ingeniero debidamente formado que se unía a mis filas era cómo calcular cuál sería la temperatura de unión de un chip.

Un ejemplo claro es cuando llegué a Commodore y descubrí que el circuito de reinicio propuesto, para lo que se convertiría en el C116/C264/Plus4, consistía en un circuito en el que alguien había conectado un capacitor a una resistencia y a la fuente de +5V hasta la entrada de una puerta lógica. Me mostré muy vocal en mi declaración de que esto simplemente no funcionaría. Imagina a un joven de cabello largo sin formación académica diciéndote esto en su primera semana de trabajo. Al menos aún no había comenzado a quitarme los zapatos en el trabajo.

Entonces el ingeniero, resulta que era el ingeniero saliente ya que se estaba mudando a un entorno menos estresante, me explicó pacientemente que el fundador de la compañía había establecido un límite en el número de chips que podía tener el nuevo ordenador, el número era nueve. Yo le expliqué pacientemente que eso no importaba y que el circuito no funcionaría. La respuesta de Commodore fue ponerme a cargo de la nueva línea de ordenadores y ahora el problema era mío. Añadí un circuito de reinicio dedicado en forma de un chip temporizador 555 y el fundador no me despidió, al final del día necesitábamos que funcionara en cualquier cantidad, baja y alta.

Avanzando rápidamente hasta mi última diatriba; Estuve a cargo del diseño y hardware del Commodore C128, y tuve que implementar un sistema de doble procesador, con procesadores gráficos dobles y un total de 144mB de DRAM, en una placa de 2 capas, y hacer que funcionara en cantidades de millones (y estamos en 1985). En el corazón del problema está que la mayoría de los diseñadores pueden conformarse con algo que funcione el 95% de las veces o en la mayoría de los voltajes o combinaciones de chips, pero un millón de veces un problema del 2% es una cantidad enorme de máquinas sentadas en tarimas y en montones de chatarra. Estos números pueden y ejercerán los problemas de sensibilidad a marcas de chips y variaciones y cada combinación de temperatura y voltaje.

Trabajé duro para impresionar a cualquiera que quisiera escuchar que lo que ellos llamaban un "bajo" realmente era un voltaje umbral de .8V según lo visto por el chip cuando el chip controlador podría tener una salida tan alta como .4V, dejando un margen de ruido mísero de .4V. Solíamos bromear diciendo que las puertas OR eran "más ruidosas", ya que cualquier pico de más de .4V en cualquiera de las entradas podría causar que la salida comenzara a volverse inválida.

Para aumentar la dificultad de lo que estábamos haciendo está el hecho de que nunca pensamos en usar una placa de múltiples capas en la división de consumo, ni una sola vez. Eso significaba que nuestras pistas de alimentación no eran más que pistas de señal más grandes según los estándares de hoy, y la impedancia tanto de las pistas de alimentación como de señal variaba ampliamente dependiendo de la suerte del diseño.

Esos eran los días antes de que existieran herramientas prácticas para predecir comportamientos problemáticos; consecuentemente, simplemente asumíamos que el comportamiento sería malo. Incluso los diseñadores de IC no tenían las herramientas que les indicaran si el chip coincidía con el esquemático, solo construyendo el chip y probándolo se podría obtener la respuesta definitiva. Lo mismo ocurría con los sistemas, teníamos que construirlos para ver lo que teníamos.

Tenía dos principios al iniciar un nuevo diseño; el primero era distribuir toda la alimentación y tierra, todos los chips deberían tener dos caminos tanto para la alimentación como para tierra, lo que significaba, en teoría, que no habría ramificaciones. El segundo era realmente un punto de partida, y eso era colocar y enrutar los DRAMs que eran, de lejos, la bestia más complicada de la época. No todos los DRAMs estaban fabricados correctamente, no todas las fuentes de alimentación mantenían sus tolerancias (los DRAMs son sensibles al voltaje en algunos aspectos), y los mismos chips que creaban el temporizador tenían problemas. Nuestra única ventaja era tratar de asegurarnos de que el diseño del PCB de alimentación no contribuyera también a estos problemas.

A continuación, instanciaríamos los chips gráficos, que incluían los relojes maestros—las frecuencias fundamentales más altas en la placa. Diseñábamos automáticamente para un pequeño escudo que encerrara esta parte del diseño, nuestro pecado había comenzado y también la corrección de esos pecados.

Cuando terminábamos, generalmente teníamos un desastre según los estándares de hoy, y de nuevo nuestra prueba no era si podíamos producir unos pocos, o unos miles. Un millón era el mínimo y, generalmente, superábamos los cinco millones.

Volviendo a los altos y bajos, las señales de entonces podían sonar como campanas o aparecer con media docena de reflexiones o diafonías que había recogido en el camino. Ya no había más espacio en la placa para tierras, blindajes o separaciones y no había más tiempo en el calendario para "empezar de nuevo" de manera significativa. Esto significaba que teníamos que entender y adaptarnos a nuestro entorno. Tristemente, lo que entonces hacíamos era "sintonizar" el desorden para que pareciera funcionar correctamente. Convivíamos con artefactos siempre y cuando se asentaran durante momentos críticos como las transiciones de señales de control de DRAM.

Una cosa que hacíamos era recurrir a la terminación en serie por montones. Intentábamos valorar hasta 68 Ohmios pero el punto óptimo para nosotros era típicamente 22 Ohmios, 33 Ohmios si teníamos tiempo para el componente RC extra. También encontré varios casos de elevaciones de tierra y también tuve que sintonizar manualmente una línea de dirección agregando un cable discreto: a 5.7 millones de unidades.

Les mostré a los recién llegados ingenieros "digitales" que no podías contar el tiempo que una señal pasaba sonando como alta o baja hasta que dejaba de sonar. De repente, lo analógico había entrado en su visión digital del mundo mientras los obligaba a rehacer sus cálculos de tiempo basados en artefactos de la vida real. "Todo es analógico", afirmaría en voz alta hasta que un día un compañero ingeniero llamado Hedley preguntó, "¿Qué pasa con los efectos cuánticos?"

Después de eso, mi lema se convirtió en "TODO ES ANALÓGICO... hasta que, por supuesto, llegas a los efectos cuánticos en cuyo caso no lo es".

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