مؤامرة شموه

في الهندسة الكهربائية ، يُعد مخطط شموي عرضًا بيانيًا لاستجابة مكون أو نظام يتغير عبر مجموعة من الظروف أو المدخلات.

أصل مخطط شموه غير واضح. وقد ورد ذكره في ورقة بحثية صادرة عن معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE ) عام 1966. ^{[ 1 ]} كما ورد ذكره في وقت مبكر آخر في كتيبات وحدة تخزين المعالج IBM 2365. ^{[ 2 ]}

يُنسب اختراع مخطط شموه أحيانًا إلى روبرت هيوستن (1941-2006)، العضو في قاعة مشاهير VLSI. ^{[ 3 ]} لكن هذا غير مرجح لأن هيوستن لم يبدأ العمل كمهندس اختبار إلا في عام 1967. ^{[ 4 ]}

يستمد المخطط اسمه من "شمو" ، وهو نوع خيالي ابتكره آل كاب في الرسوم المتحركة " ليتل أبنر" . هذه المخلوقات الصغيرة الشبيهة بالهلام لها أشكال مشابهة لأحجام "العمل" التي يمكن أن تحيط بها مخططات "شمو" المرسومة مقابل ثلاثة متغيرات مستقلة (مثل الجهد ودرجة الحرارة وسرعة الاستجابة).

لا تُظهر رقائق أشباه الموصلات عادةً مخططات على شكل "شمو". تاريخيًا، كان اختبار مصفوفات ذاكرة النواة المغناطيسية هو ما ينتج عنه شكل "شمو"، واستمر استخدام هذا المصطلح في عصر أشباه الموصلات.

تُستخدم مخططات شموه عادةً لتمثيل نتائج اختبار الأنظمة الإلكترونية المعقدة، مثل أجهزة الحاسوب أو الدوائر المتكاملة مثل ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) أو الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) أو المعالجات الدقيقة. ويُظهر المخطط عادةً نطاق الظروف التي يعمل فيها الجهاز قيد الاختبار (وفقًا لمجموعة من المواصفات المتبقية).

على سبيل المثال، عند اختبار ذاكرة أشباه الموصلات ، يمكن تغيير الفولتية ودرجة الحرارة ومعدلات التحديث ضمن نطاقات محددة، ولا يسمح بتشغيل الجهاز إلا توليفات معينة من هذه العوامل. عند تمثيل هذه القيم بيانيًا على محاور مستقلة (الفولتية، درجة الحرارة، معدلات التحديث)، فإن نطاق قيم التشغيل سيُحيط بحجم ثلاثي الأبعاد، عادةً ما يكون غير منتظم الشكل. تشمل الأمثلة الأخرى للشروط والمدخلات التي يمكن تغييرها: التردد ، درجة الحرارة ، معلمات التوقيت، متغيرات خاصة بالنظام أو المكون، وحتى المقابض القابلة للتعديل أثناء تصنيع رقائق السيليكون، مما ينتج عنه أجزاء ذات جودة متفاوتة تُستخدم لاحقًا في العملية.

غالبًا ما يتم تمثيل قيمة متغير واحد على محور مقابل قيمة متغير آخر على محور آخر، مما ينتج عنه رسم بياني ثنائي الأبعاد. يتيح هذا لمهندس الاختبار مراقبة نطاقات تشغيل الجهاز قيد الاختبار بصريًا. تُعرف عملية تغيير الظروف والمدخلات للمكون أو النظام أحيانًا باسم "المعايرة"، ولكنها تُعرف رسميًا باسم الاختبار الكهربائي أو التأهيل. غالبًا ما تحتوي معدات الاختبار الآلية على ميزات برمجية تسمح بالمعايرة الآلية للجزء.

لطالما أنتجت أجهزة الاختبار الآلية مخططًا ثنائي الأبعاد بصيغة ASCII ، يُعرف باسم مخطط شموه، حيث يُستخدم الرمز "X" لتمثيل النقاط الوظيفية، بينما تُستخدم المساحة الفارغة لتمثيل النقاط غير الوظيفية. وفي العصر الحديث، شاع استخدام المخططات ثنائية اللون (مثل الأحمر/الأخضر)، أو حتى المخططات متعددة الألوان، في شكل جداول بيانات رقمية وما شابهها، على الرغم من استمرار استخدام الشكل التقليدي. ^{[ 5 ]} ولتحسين كفاءة الاختبار، يُكتفى أحيانًا بدعم حدود المنطقة محل الاهتمام (حيث تتغير قيمة معينة) بالبيانات في المخططات، مع افتراض (غالبًا بشكل معقول) أن المناطق خارج هذه الحدود ستبقى على حالها. ^{[ 6 ]}

إذا تم اختبار نطاقات واسعة كافية للمتغيرين المستقلين، فإن مخطط شموه العادي سيُظهر نطاق تشغيل ذي شكل مشابه لمخطط شموه الخاص بآل كاب ، ولكن عمليًا، قد يُلحق ذلك ضررًا بالجهاز قيد الاختبار ، ولذا فإن العروض التفصيلية الدقيقة أكثر أهمية، لا سيما التركيز على هوامش المكونات المنشورة (مثل -5% Vcc). عند القيام بذلك، يمتد نطاق التشغيل عادةً إلى حدود المخطط في اتجاه واحد أو أكثر.

من الأمثلة على هذه العملية "التحسين التدريجي" إجراء تحسين متغيري التشغيل لوحدة التخزين للقراءة فقط (ROS) في وحدة المعالجة المركزية (CPU) لنظام IBM S/360 طراز 65. أثناء تشغيل وحدة المعالجة المركزية لبرنامج اختبار تشخيصي، يتم تغيير جهد انحياز ROS وتأخير الوقت، وتُرسم النقاط التي تُولّد فيها ROS أخطاءً يدويًا على مخطط تحسين تدريجي بياني (انظر الرسم التوضيحي). لاجتياز الاختبار، يجب أن يكون مخطط التحسين التدريجي كبيرًا بما يكفي لاحتواء مستطيل يُمثل الحد الأدنى المسموح به لنطاق جهد الانحياز وتأخير الوقت الخالي من الأخطاء. سيتم تحديد جهد انحياز ROS الأمثل وتأخير الوقت الأمثل بنقطة في مركز المستطيل.

أحيانًا ما يتخذ مخطط شموه شكلًا غير مألوف ومثيرًا للدهشة، ورغم صعوبة تحديد السبب الدقيق، إلا أنه قد يعود أحيانًا إلى عيب غير عادي (ربما في جزء فقط من الدائرة) مصحوبًا بتشغيل طبيعي في باقي الدائرة. وفي حالات أخرى، قد يكون ذلك نتيجةً لإعدادات الاختبار الكهربائي أو برنامج الاختبار المستخدم، ولا سيما حالة التزامن غير المتوقع . ولذلك، يُعد مخطط شموه أداةً مفيدةً للتحقق من إعدادات الاختبار.

من عيوب هذه التقنية أن طول مدة اختبار الجهاز قد يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته الداخلية، مما ينتج عنه تحريف في البيانات (قد يكون أداء الخلايا التي تم اختبارها لاحقًا على الرسم البياني أسوأ من أداء الخلايا التي تم اختبارها سابقًا). ولتجنب ذلك، يُنصح بتشغيل الجهاز جيدًا وبطريقة مماثلة مباشرةً قبل اختبار المحاكاة الفعلي.

• رسم مخططات Shmoo: الفن الأسود لاختبار الدوائر المتكاملة ، كيث بيكر وجوس فان بيرز، المؤتمر الدولي لاختبار IEEE ، 1996
• رسم مخططات Shmoo: الفن الأسود لاختبار الدوائر المتكاملة ، كيث بيكر وجوس فان بيرز، مجلة IEEE لتصميم واختبار أجهزة الكمبيوتر، يوليو-سبتمبر 1997