È Tutto Analogico

“È tutto analogico!” affermavo con enfasi, spesso battendo sul tavolo per effetto. Coloro che erano in stanza e mi conoscevano continuavano a lavorare, quelli che non mi credevano si potevano vedere rotolare gli occhi, ma a volte riuscivo a catturare l'attenzione di un nuovo assunto o di qualcuno appena uscito dalla scuola, e potrebbero chiedere “e il digitale?”

Eravamo a metà degli anni '80, e lavoravo presso Commodore Business Systems come ingegnere di progettazione senior, il che significava che i miei errori venivano riprodotti in milioni di esemplari. Non ero mai andato all'università e avevo iniziato la mia carriera come tecnico riparatore di televisori autorizzato. Dire che ero autodidatta non sarebbe stato del tutto vero poiché, una volta entrato in vari dipartimenti di ingegneria, imparavo dalle persone brillanti che mi circondavano. Facevo anche in modo di imparare dagli errori, fossero miei o altrui.

Se saltiamo il periodo abitato dalla "Generazione ECL", la successiva "Generazione TTL" aveva la tentazione di pensare in termini di connotazione digitale, ovvero iniziavano a chiamare i segnali "alto" o "basso", o, per usare termini ancora più brevi, un "1" o uno "0". Semplice, vero? Ovviamente, ora conosciamo e usiamo termini come Integrità del Segnale (SI) e Rete di Distribuzione dell'Energia (PDN), ma all'epoca i processori negli apparecchi di consumo e nell'attrezzatura industriale di piccole dimensioni erano relativamente nuovi.

All'improvviso abbiamo avuto una generazione di nuovi ingegneri che "facevano digitale, ma non analogico". Avrei scoperto che la maggior parte di loro intendeva che non si occupavano di loop di terra, emissioni/suscettibilità FCC, progettazione di alimentatori e persino i circuiti di reset erano al di fuori delle loro zone di comfort. Personalmente, vedevo il lavoro come qualcosa di onnicomprensivo, un esempio perfetto era che la prima cosa che insegnavo a qualsiasi ingegnere debitamente formato che si univa alle mie file era come calcolare quale sarebbe stata la temperatura di giunzione di un chip.

Per esemplificare, quando arrivai alla Commodore scoprii che il circuito di reset proposto, per quello che sarebbe diventato il C116/C264/Plus4, era composto da un circuito in cui qualcuno aveva collegato un condensatore a una resistenza alla fornitura di +5V all'ingresso di un gate. Mi sono espresso in modo molto deciso dichiarando che questo semplicemente non avrebbe funzionato. Immaginate un ragazzo dai lunghi capelli e senza istruzione che vi dice questo nella sua prima settimana di lavoro lì. Almeno non avevo ancora iniziato a togliermi le scarpe al lavoro.

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Quindi l'ingegnere, che si è rivelato essere l'ingegnere in uscita poiché stava passando a un ambiente meno stressante, mi spiegò pazientemente che il fondatore dell'azienda aveva imposto un limite al numero di chip che potevano essere nel nuovo computer, il numero era nove. Ho spiegato pazientemente che questo non importava e che il circuito non avrebbe funzionato. La risposta della Commodore fu di mettermi a capo della nuova linea di computer e ora il problema era mio. Ho aggiunto un circuito di reset dedicato sotto forma di un chip timer 555 e il fondatore non mi ha licenziato, alla fine della giornata ne avevamo bisogno che funzionasse a ogni quantità, bassa e alta.

Facciamo un salto in avanti fino al mio ultimo sfogo; ero responsabile del design e dell'hardware del Commodore C128 e dovevo inserire un sistema a doppio processore - con doppio processore grafico e un totale di 144mB di DRAM - su una scheda a 2 strati, e farlo funzionare in milioni di pezzi (ed è il 1985). Al cuore del problema c'è il fatto che la maggior parte dei progettisti può cavarsela con qualcosa che funziona al 95% o nella maggior parte delle tensioni o combinazioni di chip, ma un milione di volte un problema del 2% rappresenta un'enorme quantità di macchine che rimangono su pedane e in cumuli di rottami. Questi numeri possono e metteranno alla prova i problemi di sensibilità ai marchi di chip e alle variazioni e ogni combinazione di temperatura e tensione.

Ho lavorato duramente per far capire a chiunque volesse ascoltare che quello che chiamavano un "basso" era in realtà una tensione di soglia di 0,8V come percepita dal chip quando il chip driver potrebbe avere un'uscita alta fino a 0,4V, lasciando un misero 0,4V di margine di rumore. Scherzavamo sul fatto che i gate OR fossero "più rumorosi", poiché qualsiasi picco superiore a 0,4V su uno qualsiasi degli ingressi potrebbe causare l'inizio della validità compromessa dell'uscita.

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Per complicare ulteriormente la difficoltà in ciò che stavamo facendo c'è il fatto che non abbiamo mai nemmeno pensato di utilizzare una scheda multistrato nella divisione consumer, mai, in nessun caso. Ciò significava che le nostre tracce di alimentazione non erano altro che tracce di segnale più grandi secondo gli standard odierni, e l'impedenza sia delle tracce di alimentazione che di quelle di segnale variava ampiamente a seconda della fortuna del layout.

Questi erano i giorni prima di qualsiasi strumento pratico per prevedere comportamenti problematici; di conseguenza, supponevamo semplicemente che il comportamento sarebbe stato problematico. Anche i progettisti di IC non avevano gli strumenti che indicavano se il chip corrispondesse allo schema, solo costruendo il chip e testandolo si poteva ottenere la risposta definitiva. Così anche per i sistemi, dovevamo costruirli per vedere cosa avevamo.

Avevo due principi fondamentali quando iniziavo un nuovo progetto; il primo era di grigliare tutte le alimentazioni e le masse, tutti i chip avrebbero dovuto avere due percorsi sia per l'alimentazione che per la massa, il che significava, in teoria, che non ci sarebbero stati stub. Il secondo era veramente un punto di partenza, ed era quello di posizionare e tracciare i DRAM, che erano di gran lunga la bestia più complicata del momento. Non tutti i DRAM erano fabbricati correttamente, non tutti gli alimentatori mantenevano le loro tolleranze (i DRAM sono sensibili alla tensione sotto certi aspetti), e proprio i chip che creavano il timing avevano problemi. Il nostro unico vantaggio era cercare di assicurarci che il layout del PCB di alimentazione non contribuisse anche a questi problemi.

Successivamente, avremmo istanziato i chip grafici, che includevano gli orologi principali—le frequenze fondamentali più alte sulla scheda. Progettavamo automaticamente per un piccolo schermo per incapsulare questa parte del progetto, il nostro peccato era iniziato e così anche il rattoppare quei peccati.

Quando finivamo, generalmente avevamo un disastro secondo gli standard odierni, e ancora una volta il nostro test non era se potevamo produrne pochi, o qualche migliaio. Un milione era il minimo e generalmente superavamo i cinque milioni.

Tornando agli alti e bassi, i segnali di allora potevano suonare come campane o presentarsi con mezza dozzina di riflessi o diafonie raccolte lungo il percorso. Non c'era più spazio sulla scheda per masse, schermature o separazioni e non c'era più tempo nel programma per "ricominciare" in modo significativo. Questo significava che dovevamo capire e adattarci al nostro ambiente. Triste da dire, quello che abbiamo fatto allora è stato "sintonizzare" il disordine in modo che sembrasse funzionare correttamente. Convivevamo con gli artefatti finché non si stabilizzavano durante momenti critici come le transizioni dei segnali di controllo DRAM.

Una cosa che facevamo era ricorrere alla terminazione in serie a manciate. Abbiamo provato valori fino a 68 Ohm ma il punto ottimale per noi era tipicamente 22 Ohm, 33 Ohm se avevamo tempo per il componente RC aggiuntivo. Ho anche trovato diversi casi di sollevamenti di terra e ho anche dovuto sintonizzare manualmente una linea di indirizzo aggiungendo un filo discreto: fino a 5,7 milioni di unità.

Ho mostrato ai nuovi ingegneri "digitali" arrivati che non si poteva contare il tempo in cui un segnale rimaneva in oscillazione come se fosse alto o basso fino a quando non smetteva di oscillare. Improvvisamente, l'analogico era entrato nella loro visione digitale del mondo mentre li costringevo a rifare i loro calcoli di temporizzazione basati su artefatti della vita reale. "È tutto analogico", affermavo ad alta voce fino a che un giorno un collega ingegnere di nome Hedley chiese, "E gli effetti quantistici?"

Dopo ciò il mio motto divenne "È TUTTO ANALOGICO... fino a quando, ovviamente, non si arriva agli effetti quantistici, nel qual caso non lo è".

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