Tudo é Analógico

“É tudo analógico!” Eu afirmava enfaticamente, muitas vezes batendo na mesa para dar efeito. Aqueles na sala que me conheciam continuavam trabalhando, aqueles que não acreditavam em mim podiam ser vistos revirando os olhos, mas às vezes eu conseguia chamar a atenção de um novo contratado ou de alguém recém-saído da escola, e eles poderiam perguntar “e quanto ao digital?”

Estávamos em meados da década de 1980, e eu trabalhava na Commodore Business Systems como engenheiro de design sênior, o que significava que meus erros eram reproduzidos aos milhões. Eu nunca tinha ido à faculdade e subi na carreira começando como um técnico de reparo de televisão licenciado. Dizer que eu era autodidata não seria totalmente verdade, pois uma vez que entrei em vários departamentos de engenharia, aprendi com as pessoas brilhantes ao meu redor. Também fiz questão de aprender com os erros, fossem eles meus ou deles.

Se pulássemos o ponto no tempo habitado pela "Geração ECL", a subsequente "Geração TTL" tinha a tentação de pensar em termos de conotação digital, ou seja, passaram a chamar os sinais de "alto" ou "baixo", ou, para palavras ainda mais curtas, um "1" ou um "0". Simples, certo? Claro, agora conhecemos e usamos termos como Integridade de Sinal (SI) e Rede de Distribuição de Energia (PDN), mas naquela época, processadores em equipamentos de consumo e industriais pequenos eram relativamente novos.

De repente, tivemos uma geração de novos engenheiros que "faziam digital, mas não analógico". Eu viria a descobrir que a maioria deles significava que não lidavam com loops de terra, emissões/suscetibilidade da FCC, design de fonte de alimentação e até circuitos de reset estavam fora de suas zonas de conforto. Pessoalmente, eu via o trabalho como algo abrangente, sendo um exemplo primordial que a primeira coisa que eu ensinava a qualquer engenheiro devidamente escolarizado que se juntava às minhas fileiras era como calcular qual seria a temperatura da junção de um chip.

Caso em questão, quando cheguei ao Commodore descobri que o circuito de reinicialização proposto, para o que viria a ser o C116/C264/Plus4, era composto por um circuito no qual alguém havia conectado um capacitor a um resistor na fonte de +5V do entrada de um portão. Fui muito veemente em minha declaração de que isso simplesmente não funcionaria. Imagine um garoto de cabelos compridos e sem escolaridade contando isso para você na primeira semana de trabalho lá.  Pelo menos eu ainda não tinha começado a tirar os sapatos no trabalho.

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Então o engenheiro, ao que parece, o engenheiro cessante, enquanto se deslocava para um ambiente menos estressante, explicou pacientemente que o fundador da empresa havia estabelecido um limite para o número de chips que poderiam estar no novo computador, o número era nove.  Expliquei pacientemente que isso não importava e que o circuito não funcionaria. A resposta do Commodore foi me tornar responsável pela nova linha de computadores e agora o problema era meu. Adicionei um circuito de reset dedicado na forma de um chip temporizador 555 e o fundador não me demitiu, no final das contas precisávamos que ele funcionasse em todas as quantidades, baixas e altas.

Avancemos para meu último discurso; Eu estava encarregado do design e do hardware do Commodore C128 e tive que colocar um sistema de processador duplo - com processadores gráficos duplos e um total de 144 MB de DRAM - em uma placa de 2 camadas e fazê-lo funcionar na quantidade de milhões ( e estamos em 1985).  O cerne do problema é que a maioria dos projetistas consegue se safar com algo que funciona a 95% ou na maioria das tensões ou combinações de chips, mas um milhão de vezes um problema de 2% é uma enorme quantidade de máquinas sobre patins e pilhas de sucata. Esses números podem e irão resolver os problemas de sensibilidade às marcas e variações de chips e a todas as combinações de temperatura e tensão.

Eu trabalhei duro para impressionar qualquer um que ouvisse que o que eles chamavam de "baixo" era realmente uma tensão de limiar de 0,8V conforme visto pelo chip, quando o chip de saída poderia ter uma saída tão alta quanto 0,4V, deixando uma margem de ruído miserável de 0,4V. Costumávamos brincar que os portões OR eram "mais barulhentos", já que qualquer pico de mais de 0,4V em qualquer entrada poderia fazer com que a saída começasse a se tornar inválida.

Para aumentar a dificuldade no que estávamos fazendo, está o fato de que nunca sequer pensamos em usar uma placa de múltiplas camadas na divisão de consumo, nem uma vez sequer. Isso significava que nossas trilhas de alimentação não eram nada mais do que trilhas de sinal maiores pelos padrões de hoje, e a impedância de ambas as trilhas de alimentação e sinal variava amplamente baseada na sorte do layout.

Esses eram os dias antes de quaisquer ferramentas práticas para prever comportamentos inadequados; consequentemente, simplesmente assumíamos que o comportamento seria ruim. Até os designers de IC não tinham as ferramentas que lhes diziam se o chip correspondia ao esquemático, apenas construindo o chip e testando-o poderia fornecer a resposta definitiva. O mesmo valia para os sistemas, tínhamos que construí-los para ver o que tínhamos.

Tinha dois princípios ao iniciar um novo design; o primeiro era criar uma malha para todas as alimentações e terras, todos os chips deveriam ter dois caminhos tanto para a alimentação quanto para o terra, o que significava, teoricamente, que não haveria ramificações. O segundo era realmente um ponto de partida, e isso era posicionar e rotear os DRAMs que eram, de longe, a fera mais complicada da época. Nem todos os DRAMs eram feitos corretamente, nem todas as fontes de alimentação mantinham suas tolerâncias (os DRAMs são sensíveis à voltagem em alguns aspectos), e os próprios chips que criavam o timing tinham problemas. Nossa única vantagem era tentar garantir que o layout da PCB de alimentação também não contribuísse para esses problemas.

A seguir, instanciaríamos os chips gráficos, que incluíam os relógios mestres — as frequências fundamentais mais altas na placa. Projetávamos automaticamente um pequeno escudo para encapsular essa parte do design, nosso pecado havia começado e também o remendo desses pecados.

Quando terminado, geralmente teríamos uma bagunça pelos padrões de hoje, e novamente nosso teste não era se poderíamos produzir alguns, ou alguns milhares. Um milhão era o mínimo e, geralmente, ultrapassávamos cinco milhões.

Voltando aos altos e baixos, os sinais daquela época podiam soar como sinos ou aparecer com meia dúzia de reflexos ou diafonias que haviam captado pelo caminho. Não havia mais espaço na placa para terras, blindagens ou separações e não havia mais tempo no cronograma para "começar de novo" de forma significativa. Isso significava que tínhamos que entender e nos adaptar ao nosso ambiente. Triste dizer, o que fizemos então foi "ajustar" a bagunça para que parecesse operar corretamente. Convivíamos com artefatos desde que eles se acalmassem durante momentos críticos, como as transições de sinal de controle de DRAM.

Uma coisa que fazíamos era recorrer à terminação em série aos montes. Tentávamos sempre valorizar até 68 Ohms, mas o ponto ideal para nós era tipicamente 22 Ohms, 33 Ohms se tivéssemos tempo para o componente RC extra. Também encontrei várias instâncias de elevações de terra e também tive que ajustar manualmente uma linha de endereço adicionando um fio discreto: para 5,7 milhões de unidades.

Mostrei aos recém-chegados engenheiros "digitais" que você não podia contar o tempo que um sinal passava oscilando como sendo alto ou baixo até que parasse de oscilar. De repente, o analógico entrou na visão digital do mundo deles enquanto eu os forçava a refazer seus cálculos de tempo baseados em artefatos da vida real. "É tudo analógico", eu afirmava em alto e bom som até que um dia um colega engenheiro chamado Hedley perguntou, "E sobre os efeitos quânticos?"

Depois disso, meu lema se tornou "É TUDO ANALÓGICO... até que, claro, você chegue aos efeitos quânticos, caso em que não é".

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