Введение
График Шму (Shmoo-график)
В электротехнике график Шму — это графическое представление реакции компонента или системы, изменяющейся в зависимости от диапазона условий или входных сигналов.
In electrical engineering, a shmoo plot is a graphical display of the response of a component or system varying over a range of conditions or inputs.
Происхождение
Истоки графика shmoo неясны. Он упоминается в статье IEEE 1966 года. Еще одна ранняя ссылка на него содержится в руководствах к IBM 2365 Processor Storage. Изобретение графика shmoo иногда приписывают Роберту Хьюстону (1941–2006), включенному в Зал славы VLSI. Однако это маловероятно, поскольку Хьюстон начал работать инженером по тестированию только в 1967 году.
Этимология
Сюжет получил свое название от Шму — вымышленного вида, созданного Аль Каппом в комиксе «Маленький Абер». Эти небольшие, аморфные существа имеют форму, напоминающую «рабочие» области, которые отображаются на графиках типа "shmoo", построенных по трем независимым переменным (например, напряжению, температуре и скорости отклика). Графики в форме "shmoo" обычно не характерны для полупроводниковых чипов. Исторически, форма "shmoo" возникала при тестировании массивов магнитной памяти, и этот термин сохранился и в полупроводниковую эпоху.
Описание
Графики Shmoo часто используются для представления результатов тестирования сложных электронных систем, таких как компьютеры или интегральные схемы, например DRAM, ASIC или микропроцессоры. На графике обычно отображается диапазон условий, при которых испытываемое устройство функционирует (в соответствии с определенными спецификациями). Например, при тестировании полупроводниковой памяти: напряжения, температура и частота обновления могут изменяться в заданных пределах, и только определенные комбинации этих факторов обеспечат работоспособность устройства. Отображенный на независимых осях (напряжение, температура, частота обновления), диапазон рабочих значений образует трехмерную область, как правило, неправильной формы. Другие примеры изменяемых условий и входных параметров включают частоту, температуру, временные параметры, специфические для системы или компонента переменные, а также регулировки, доступные в процессе изготовления кремниевых чипов, влияющие на качество получаемых компонентов, которые затем используются в дальнейшем. Часто одна регулировка или переменная отображается по одной оси в зависимости от другой регулировки или переменной по другой оси, создавая двухмерный график. Это позволяет инженеру-испытателю визуально оценить диапазоны рабочих параметров испытываемого устройства. Этот процесс изменения условий и входных параметров компонента или системы иногда называют "shmooing", но более официально известен как электрическое тестирование или квалификация. Автоматическое испытательное оборудование часто оснащено программными функциями, позволяющими автоматизировать тестирование компонента.
Примеры
Автоматизированное испытательное оборудование традиционно генерирует двумерное ASCII-представление графика shmoo, использующее символ "X" для обозначения рабочих точек и пустое пространство для нерабочих точек. В настоящее время также широко распространены графики, использующие два цвета (например, красный/зеленый) или даже многоцветные графики в виде электронных таблиц и подобных документов, хотя традиционная форма все еще применяется. Для повышения эффективности тестирования иногда в диаграммах фиксируются данные только для границы интересующей области (где определенное значение изменяет свое состояние), при этом (часто обоснованно) предполагается, что области за пределами этих переходов останутся в прежнем состоянии. Если бы были протестированы достаточно широкие диапазоны двух независимых переменных, типичный график shmoo показал бы рабочую область определенной формы, напоминающей Shmoo из комиксов Аль Каппа, но на практике это может привести к повреждению испытываемого устройства, и более детальные представления представляют больший интерес, особенно с акцентом на заявленные допуски компонентов (например, 5% Vcc). В этом случае рабочая область обычно простирается до границы графика в одном или нескольких направлениях. Одним из примеров такого "shmooing" является процедура оптимизации двух рабочих параметров хранилища только для чтения (ROS) в центральном процессоре (CPU) IBM S/360 Model 65. Во время выполнения процессором диагностической программы напряжение смещения ROS и задержка по времени изменяются, а точки, в которых ROS генерирует ошибки, вручную наносятся на график shmoo (см. иллюстрацию). Для успешного прохождения теста график shmoo должен быть достаточно большим, чтобы вместить прямоугольник, представляющий минимально допустимый диапазон рабочих значений напряжения смещения и задержки по времени, в котором отсутствуют ошибки. Оптимальное напряжение смещения ROS и задержка по времени будут указаны точкой в центре этого прямоугольника. Иногда график shmoo имеет необычную и неожиданную форму, и хотя сложно определить точную причину, это иногда связано с каким-либо необычным дефектом (возможно, только в части схемы) в сочетании с нормальной работой. В других случаях это может быть артефактом настроек электрического тестирования или используемой тестовой программы, в частности, из-за состояния гонки. Таким образом, график shmoo может быть полезным инструментом для проверки правильности настройки тестовой системы. Ограничением данной методики является то, что длительное тестирование устройства может привести к дополнительному внутреннему нагреву, что приведет к искажению данных (ячейки, протестированные позже на графике, могут показывать худшие результаты, чем более ранние). Чтобы избежать этого, можно тщательно протестировать устройство в аналогичном режиме непосредственно перед проведением фактического теста shmoo.