Trama de Shmoo

En ingeniería eléctrica , un diagrama shmoo es una representación gráfica de la respuesta de un componente o sistema que varía en función de diferentes condiciones o entradas.

El origen del gráfico shmoo no está claro. Se menciona en un artículo del IEEE de 1966. ^{[ 1 ]} Otra referencia temprana se encuentra en los manuales del procesador IBM 2365 Storage . ^{[ 2 ]}

La invención del diagrama shmoo se atribuye a veces a Robert Huston (1941-2006), miembro del Salón de la Fama de VLSI. ^{[ 3 ]} Pero esto es improbable, ya que Huston no comenzó a trabajar como ingeniero de pruebas hasta 1967. ^{[ 4 ]}

La trama toma su nombre de los Shmoo , una especie ficticia creada por Al Capp en la caricatura Li'l Abner . Estas pequeñas criaturas con forma de gota tienen formas similares a los volúmenes "de trabajo" que estarían encerrados en las gráficas de Shmoo dibujadas en función de tres variables independientes (como el voltaje, la temperatura y la velocidad de respuesta).

Los chips semiconductores no suelen presentar gráficos con forma de "shmoo". Históricamente, las pruebas de matrices de memoria de núcleo magnético producían esta forma, y ​​el término se mantuvo en la era de los semiconductores.

Los diagramas Shmoo se utilizan a menudo para representar los resultados de las pruebas de sistemas electrónicos complejos, como ordenadores o circuitos integrados como DRAM , ASIC o microprocesadores. El diagrama suele mostrar el rango de condiciones en las que opera el dispositivo bajo prueba (de acuerdo con un conjunto de especificaciones).

Por ejemplo, al probar memorias de semiconductores : los voltajes , la temperatura y las frecuencias de actualización pueden variar dentro de rangos específicos, y solo ciertas combinaciones de estos factores permitirán que el dispositivo funcione. Representado en ejes independientes (voltaje, temperatura, frecuencias de actualización), el rango de valores de funcionamiento delimitará un volumen tridimensional, generalmente de forma irregular. Otros ejemplos de condiciones y entradas que pueden variar incluyen la frecuencia , la temperatura , los parámetros de temporización, las variables específicas del sistema o del componente, e incluso parámetros ajustables durante la fabricación del chip de silicio, lo que produce piezas de calidad variable que luego se utilizan en el proceso.

A menudo, se representa un parámetro o variable en un eje frente a otro parámetro o variable en otro eje, generando un gráfico bidimensional. Esto permite al ingeniero de pruebas observar visualmente los rangos de funcionamiento del dispositivo bajo prueba. Este proceso de variación de las condiciones y entradas del componente o sistema se conoce a veces como "ajuste de parámetros", pero formalmente se denomina ensayo o cualificación eléctrica. Los equipos de prueba automáticos suelen incluir funciones de software que permiten el ajuste automático de parámetros de una pieza.

Los equipos de prueba automatizados tradicionalmente han generado una representación bidimensional en formato ASCII del diagrama de Shmoo, que utiliza una "X" para representar los puntos funcionales y espacios en blanco para los puntos no funcionales. En la actualidad, también se han vuelto comunes los diagramas con dos colores (por ejemplo, rojo/verde) o incluso diagramas multicolores en forma de hojas de cálculo digitales y similares, aunque el formato tradicional todavía se utiliza. ^{[ 5 ]} Para evaluar la eficiencia de las pruebas, a veces solo se respalda con datos el límite de interés (donde un determinado valor cambia de estado) en los diagramas, asumiendo (a menudo razonablemente) que las áreas fuera de esa transición permanecerán en ese estado. ^{[ 6 ]}

Si se probaran rangos suficientemente amplios de las dos variables independientes, un gráfico shmoo normal mostraría una envolvente de operación con una forma similar a la del gráfico shmoo de Al Capp . Sin embargo, en la práctica, esto podría dañar el dispositivo bajo prueba , y las vistas más detalladas son mucho más interesantes, especialmente aquellas que se centran en los márgenes de los componentes publicados (por ejemplo, -5% Vcc). Cuando se realiza esto, la envolvente de operación generalmente se extiende hasta el borde del gráfico en una o más direcciones.

Un ejemplo de este tipo de "shmooing" es el procedimiento para optimizar las dos variables operativas del almacenamiento de solo lectura (ROS) en la unidad central de procesamiento (CPU) IBM S/360 Modelo 65. Mientras la CPU ejecuta un programa de diagnóstico, se varían la tensión de polarización y el retardo de tiempo del ROS, y los puntos donde el ROS genera errores se representan manualmente en un gráfico shmoo (véase la ilustración). Para superar la prueba, el gráfico shmoo debe ser lo suficientemente grande como para contener un rectángulo que represente el rango mínimo permisible sin errores de tensión de polarización y retardo de tiempo. La tensión de polarización y el retardo de tiempo óptimos del ROS se indicarán mediante un punto en el centro del rectángulo.

En ocasiones, un diagrama shmoo presenta una forma inusual y sorprendente, y aunque resulta difícil determinar la causa exacta, a veces se debe a algún defecto atípico (quizás solo en una parte del circuito) junto con un funcionamiento normal. En otros casos, podría ser un artefacto de la configuración de la prueba eléctrica o del programa de prueba utilizado, en particular una condición de carrera . Por lo tanto, un diagrama shmoo puede ser una herramienta útil para verificar la configuración de la prueba.

Una limitación de esta técnica es que la mayor duración de las pruebas del dispositivo puede provocar un calentamiento interno adicional, lo que distorsiona los datos (las celdas probadas posteriormente en la gráfica pueden tener un rendimiento inferior al de las probadas anteriormente). Una forma de evitar esto es someter el dispositivo a un uso intensivo, de manera similar, justo antes de la prueba de Shmoo.

• Shmoo Plotting: El arte oscuro de las pruebas de circuitos integrados , Keith Baker y Jos van Beers, Conferencia Internacional de Pruebas del IEEE , 1996
• Shmoo Plotting: El arte oscuro de las pruebas de circuitos integrados , Keith Baker y Jos van Beers, IEEE Design & Test of Computers, julio-septiembre de 1997.