Дайте ответ в тесте. Может быть только один правильный из 3 вопросов.
Вопрос №1
Какой вариант обозначения выводов на рисунке правильный?
Ответ №1
1- переменное ;2- плюс ;3- минус ;4- переменное;
1- плюс ;2- переменное ;3- переменное ;4- минус;
1- минус ;2- переменное ;3- плюс ;4- переменное;
1- переменное ;2- минус ;3- переменное ;4- плюс;
Вопрос №2
Каким образом можно увеличить выходное напряжение у параметрического стабилизатора?
Ответ №2
Увеличить входное напряжение
Увеличить номинальные параметры стабилитрона
Увеличить сопротивление балластного резистора
Уменьшить сопротивление балластного резистора
Вопрос №3
Какой вариант обозначения выводов на рисунке правильный?
Ответ №3
1-К; 2-У; 3-А
1-А; 2-K;3-У
1-У; 2-А; 3-К
1-А; 2-У; 3-К
Вопрос №4
Что относится из перечисленных к полупроводниковым приборам ?
Ответ №4
Резистор
Конденсатор
Трансформатор
Транзистор
Создание диаграммы от начала до конца
Диаграммы позволяют наглядно представить данные, чтобы произвести наибольшее впечатление на аудиторию. Узнайте, как создать диаграмму и добавить линию тренда. Вы можете начать документ с рекомендуемой диаграммы или выбрать ее из коллекции готовых шаблонов диаграмм.
Создание диаграммы
- Выберите данные для диаграммы.
- На вкладке Вставка нажмите кнопку Рекомендуемые диаграммы.
- На вкладке Рекомендуемые диаграммы выберите диаграмму для предварительного просмотра.
Примечание: Можно выделить нужные данные для диаграммы и нажать клавиши ALT+F1, чтобы сразу создать диаграмму, однако результат может оказаться не самым лучшим. Если подходящая диаграмма не отображается, перейдите на вкладку Все диаграммы, чтобы просмотреть все типы диаграмм.
Добавление линии тренда
- Выберите диаграмму.
- Выберите Конструктор диаграммы >Добавить элемент Диаграмма.
- Выберите пункт Линия тренда, а затем укажите тип линии тренда: Линейная, Экспоненциальная, Линейный прогноз или Скользящее среднее.
Примечание: Часть содержимого этого раздела может быть неприменима к некоторым языкам.
Диаграммы отображают данные в графическом формате, который может помочь вам и вашей аудитории визуализировать связи между данными. При создании диаграммы доступно множество типов диаграмм (например, гистограмма с накоплением или трехмерная разрезанная круговая диаграмма). После создания диаграммы ее можно настроить, применив экспресс-макеты или стили.
Элементы диаграммы
Диаграмма содержит несколько элементов, таких как заголовок, подписи осей, условные обозначения и линии сетки. Вы можете скрыть или показать эти элементы, а также изменить их расположение и форматирование.
Создание диаграммы
Диаграмму можно создать в Excel, Word и PowerPoint. Однако данные диаграммы вводятся и сохраняются на листе Excel. При вставке диаграммы в Word или PowerPoint открывается новый лист в Excel. При сохранении документа Word или презентации PowerPoint с диаграммой данные Excel для этой диаграммы автоматически сохраняются в документе Word или презентации PowerPoint.
Примечание: Коллекция книг Excel заменяет прежний мастер диаграмм. По умолчанию коллекция книг Excel открывается при запуске Excel. В коллекции можно просматривать шаблоны и создавать на их основе новые книги. Если коллекция книг Excel не отображается, в меню Файл выберите пункт Создать на основе шаблона.
- В меню Вид выберите пункт Разметка страницы.
- Перейдите на вкладку Вставка , выберите тип диаграммы, а затем дважды щелкните диаграмму, которую нужно добавить.
| Тип диаграммы | Расположение данных |
|---|---|
| Диаграмма с областями, линейчатая диаграмма, гистограмма, кольцевая диаграмма, график, лепестковая диаграмма или поверхностная диаграмма | Данные расположены в столбцах или строках, как в следующих примерах: |
| Последовательность 1 | Последовательность 2 | |
|---|---|---|
| Категория А | 10 | 12 |
| Категория Б | 11 | 14 |
| Категория В | 9 | 15 |
| Категория А | Категория Б | |
|---|---|---|
| Последовательность 1 | 10 | 11 |
| Последовательность 2 | 12 | 14 |
| Значения X | Значение Y 1 | Размер 1 |
|---|---|---|
| 0,7 | 2,7 | 4 |
| 1,8 | 3,2 | 5 |
| 2,6 | 0,08 | 6 |
| Продажи | |
|---|---|
| Кв. 1 | 25 |
| Кв. 2 | 30 |
| Кв. 3 | 45 |
| Кв. 1 | Кв. 2 | Кв. 3 | |
|---|---|---|---|
| Продажи | 25 | 30 | 45 |
| Открыть | Максимум | Минимум | Закрыть | |
|---|---|---|---|---|
| 1/5/02 | 44 | 55 | 11 | 25 |
| 1/6/02 | 25 | 57 | 12 | 38 |
| 1/5/02 | 1/6/02 | |
|---|---|---|
| Открыть | 44 | 25 |
| Максимум | 55 | 57 |
| Минимум | 11 | 12 |
| Закрыть | 25 | 38 |
| Значения X | Значение Y 1 |
|---|---|
| 0,7 | 2,7 |
| 1,8 | 3,2 |
| 2,6 | 0,08 |
| Значения X | 0,7 | 1,8 | 2,6 |
|---|---|---|---|
| Значение Y 1 | 2,7 | 3,2 | 0,08 |
Примечание: При закрытии документа Word или презентации PowerPoint с диаграммой таблица данных Excel для этой диаграммы закроется автоматически.
Изменение акцентированной оси диаграммы
После создания диаграммы можно изменить способ отображения строк и столбцов таблицы в диаграмме. Например, в первой версии диаграммы строки данных таблицы могут отображаться по вертикальной оси (значение), а столбцы — по горизонтальной оси (категория). В следующем примере диаграмма акцентирует продажи по инструментам.
Однако если требуется сконцентрировать внимание на продажах по месяцам, можно изменить способ построения диаграммы.
- В меню Вид выберите пункт Разметка страницы.
- Щелкните диаграмму.
- Откройте вкладку Конструктор и нажмите кнопку Строка/столбец.
Если команда «Строка/столбец» недоступна
Элемент Строка/столбец доступен только при открытой таблице данных диаграммы Excel и только для определенных типов диаграмм. Вы также можете изменить данные, щелкнув диаграмму, а затем изменив лист в Excel.
Применение готового макета диаграммы
- В меню Вид выберите пункт Разметка страницы.
- Щелкните диаграмму.
- Откройте вкладку Конструктор и нажмите кнопку Экспресс-макет.
Чтобы сразу же отменить примененный экспресс-макет, нажмите клавиши
Применение готового стиля диаграммы
Стили диаграмм — это набор дополняющих цветов и эффектов, которые можно применить к диаграмме. При выборе стиля диаграммы изменения влияют на всю диаграмму.
- В меню Вид выберите пункт Разметка страницы.
- Щелкните диаграмму.
- Откройте вкладку Конструктор и выберите нужный стиль.
Чтобы просмотреть другие стили, наведите курсор на интересующий вас элемент и щелкните
Чтобы сразу же отменить примененный стиль, нажмите клавиши
Добавление названия диаграммы
- В меню Вид выберите пункт Разметка страницы.
- Щелкните диаграмму и откройте вкладку Конструктор.
- Нажмите кнопку Добавить элемент диаграммы.
См. также
Создание диаграммы
Диаграмму для данных можно создать в Excel в Интернете. В зависимости от имеющихся данных можно создать столбец, линию, круговую диаграмму, линейчатую диаграмму, диаграмму области, точечную или радиолокационную диаграмму.
- Щелкните в любом месте данных, для которых требуется создать диаграмму. Чтобы отобразить определенные данные на диаграмме, можно также выбрать их.
- Выберите Вставить > диаграммы > и выберите нужный тип диаграммы.
В открывающемся меню выберите нужный параметр. Наведите указатель мыши на диаграмму, чтобы узнать больше о ней.
Совет: Ваш выбор не применяется, пока вы не выберете параметр в меню команд Диаграммы. Рассмотрите возможность просмотра диаграмм нескольких типов: если вы указываете на пункты меню, рядом с ними отображаются сводки, которые помогут вам принять решение.
Чтобы изменить диаграмму (заголовки, условные обозначения, метки данных), перейдите на вкладку Диаграмма и выберите Формат.
В области Диаграмма измените параметр при необходимости. Вы можете настроить параметры для заголовка диаграммы, условных обозначений, заголовков осей, заголовков рядов и многого другого.
Типы диаграмм
Рекомендуется просмотреть данные и решить, какой тип диаграммы будет работать лучше всего. Доступные типы перечислены ниже.
Гистограммы
Данные в столбцах или строках листа можно представить в виде гистограммы. В гистограмме категории обычно отображаются по горизонтальной оси, а значения — по вертикальной оси, как показано на этой диаграмме:
Типы гистограмм
- Кластеризованный столбецНа гистограмме с группировкой значения выводятся в виде плоских столбцов. Используйте этот тип диаграммы при наличии категорий, представляющих:
- диапазоны значений (например, количество элементов);
- специфические шкалы (например, шкала Ликерта с масками, такими как «Полностью согласен», «Согласен», «Не знаю», «Не согласен», «Полностью не согласен»);
- неупорядоченные имена (например, названия элементов, географические названия или имена людей).
Данные, расположенные в столбцах или строках листа, можно представить в виде графика. На графиках данные категорий равномерно распределяются вдоль горизонтальной оси, а все значения равномерно распределяются вдоль вертикальной оси. Графики позволяют отображать непрерывное изменение данных с течением времени на оси с равномерным распределением и идеально подходят для представления тенденций изменения данных с равными интервалами, такими как месяцы, кварталы или финансовые годы.
Типы графиков
- Линия и линия с маркерамиГрафики с маркерами, отмечающими отдельные значения данных, или без маркеров можно использовать для отображения динамики изменения данных с течением времени или по категориям данных, разделенным равными интервалами, особенно когда точек данных много и порядок их представления существенен. Если категорий данных много или значения являются приблизительными, используйте график без маркеров.
- Линия с накоплением и линия с накоплением с маркерамиГрафики с накоплением, отображаемые как с маркерами для конкретных значений данных, так и без них, могут отображать динамику изменения вклада каждого значения с течением времени или по категориям данных, разделенным равными интервалами.
- 100 % сложенная линия и 100 % с накоплением с маркерамиНормированные графики с накоплением с маркерами, отмечающими отдельные значения данных, или без маркеров могут отображать динамику вклада каждой величины в процентах с течением времени или по категориям данных, разделенным равными интервалами. Если категорий данных много или значения являются приблизительными, используйте нормированный график с накоплением без маркеров.
- Графики лучше всего подходят для вывода нескольких рядов данных— если нужно отобразить только один ряд данных, вместо графика рекомендуется использовать точечную диаграмму.
- На графиках с накоплением данные суммируются, что может быть нежелательно. Увидеть накопление на графике бывает непросто, поэтому иногда вместо него стоит воспользоваться графиком другого вида либо диаграммой с областями с накоплением.
Круговые диаграммы
Данные в одном столбце или строке листа можно представить в виде круговой диаграммы. Круговая диаграмма отображает размер элементов одного ряд данных относительно суммы элементов. точки данных на круговой диаграмме выводятся как проценты от всего круга.
Круговую диаграмму рекомендуется использовать, если:
- нужно отобразить только один ряд данных;
- все значения ваших данных неотрицательны;
- почти все значения данных больше нуля;
- имеется не более семи категорий, каждой из которых соответствуют части общего круга.
Кольцевые диаграммы
Данные, расположенные только в столбцах или строках листа, можно представить в виде кольцевой диаграммы. Как и круговая диаграмма, кольцевая диаграмма отображает отношение частей к целому, но может содержать несколько ряд данных.
Совет: Восприятие кольцевых диаграмм затруднено. Вместо них можно использовать линейчатые диаграммы с накоплением или гистограммы с накоплением.
Линейчатые диаграммы
Данные в столбцах или строках листа можно представить в виде линейчатой диаграммы. Линейчатые диаграммы используют для сравнения отдельных элементов. В диаграммах этого типа категории обычно располагаются по вертикальной оси, а величины — по горизонтальной.
Линейчатые диаграммы рекомендуется использовать, если:
- метки осей имеют большую длину;
- выводимые значения представляют собой длительности.
Типы линейчатых диаграмм
- КластерныйНа линейчатой диаграмме с группировкой значения выводятся в виде плоских столбцов.
- Гистограмма с накоплениемЛинейчатая диаграмма с накоплением показывает вклад отдельных величин в общую сумму в виде плоских столбцов.
- 100 % с накоплениемЭтот тип диаграмм позволяет сравнить по категориям процентный вклад каждой величины в общую сумму.
Диаграммы с областями
Данные в столбцах или строках листа можно представить в виде диаграммы с областями. Диаграммы с областями могут использоваться для отображения изменений величин с течением времени и привлечения внимания к итоговому значению в соответствии с тенденцией. Отображая сумму значений рядов, такая диаграмма также наглядно показывает вклад каждого ряда.
Типы диаграмм с областями
- ОбластиДиаграммы с областями отображают изменение величин с течением времени или по категориям. Обычно вместо диаграмм с областями без накопления рекомендуется использовать графики, так как данные одного ряда могут быть скрыты за данными другого ряда.
- Область с накоплениемДиаграммы с областями с накоплением показывают изменения вклада каждой величины с течением времени или по категориям в двухмерном виде.
- Диаграммы с областями с накоплением с накоплением на 100 % показывают тенденцию процентного соотношения, который каждое значение вносит с течением времени или других данных категорий.
Точечные диаграммы
Данные в столбцах и строках листа можно представить в виде точечной диаграммы. Поместите данные по оси X в одну строку или столбец, а соответствующие данные по оси Y — в соседние строки или столбцы.
Точечная диаграмма имеет две оси значений: горизонтальную (X) и вертикальную (Y). На точечной диаграмме значения «x» и «y» объединяются в одну точку данных и выводятся через неравные интервалы или кластеры. Точечные диаграммы обычно используются для отображения и сравнения числовых значений, например научных, статистических или технических данных.
Точечные диаграммы рекомендуется использовать, если:
- требуется изменять масштаб горизонтальной оси;
- требуется использовать для горизонтальной оси логарифмическую шкалу;
- значения расположены на горизонтальной оси неравномерно;
- на горизонтальной оси имеется множество точек данных;
- требуется настраивать независимые шкалы точечной диаграммы для отображения дополнительных сведений о данных, содержащих пары сгруппированных полей со значениями;
- требуется отображать не различия между точками данных, а аналогии в больших наборах данных;
- требуется сравнивать множество точек данных без учета времени; чем больше данных будет использовано для построения точечной диаграммы, тем точнее будет сравнение.
Типы точечных диаграмм
- РазбросДиаграмма этого типа позволяет отображать точки данных без соединительных линий для сравнения пар значений.
- Точечная с плавными линиями и маркерами и точечная с плавными линиямиНа этой диаграмме точки данных соединены сглаживающими линиями. Такие линии могут отображаться с маркерами или без них. Сглаживающую кривую без маркеров следует использовать, если точек данных достаточно много.
- Точечная с прямыми линиями и маркерами и точечная с прямыми линиямиНа этой диаграмме отображаются прямые соединительные линии между точками данных. Линии могут отображаться с маркерами или без них.
Лепестковые диаграммы
Данные в столбцах или строках листа можно представить в виде лепестковой диаграммы. Лепестковая диаграмма позволяет сравнить агрегированные значения нескольких ряд данных.
Типы лепестковых диаграмм
- Радар и радар с маркерами С маркерами или без маркеров для отдельных точек данных на радиолокационных диаграммах отображаются изменения значений относительно центральной точки.
- Заполненный радарНа лепестковой диаграмме с областями области, заполненные рядами данных, выделены цветом.
Добавление или изменение заголовка диаграммы
Вы можете добавить или изменить название диаграммы, настроить ее внешний вид и включить в диаграмму.
- Щелкните в любом месте диаграммы, чтобы отобразить на ленте вкладку Диаграмма.
- Нажмите Формат, чтобы открыть параметры форматирования диаграммы.
В области Диаграмма разверните раздел Название диаграммы.
Добавление заголовков осей для повышения удобочитаемости диаграммы
Добавление заголовков в горизонтальные и вертикальные оси на диаграммах с осями может упростить их чтение. Вы не можете добавлять заголовки осей в диаграммы без осей, такие как круговые и кольцевые диаграммы.
Как и заголовки диаграмм, названия осей помогают пользователям, которые просматривают диаграмму, понять, что это за данные.
- Щелкните в любом месте диаграммы, чтобы отобразить на ленте вкладку Диаграмма.
- Нажмите Формат, чтобы открыть параметры форматирования диаграммы.
В области Диаграмма разверните раздел Горизонтальная ось или Вертикальная Ось.
- Добавьте или измените параметры горизонтальной или вертикальной оси в соответствии со своими потребностями.
- Разверните заголовок оси.
Изменение меток оси
Метки осей отображаются под горизонтальной осью и рядом с вертикальной осью. Диаграмма использует текст в исходных данных для этих меток осей.
Чтобы изменить текст меток категорий на горизонтальной или вертикальной оси, выполните следующие действия:
- Щелкните ячейку с текстом метки, который нужно изменить.
- Введите нужный текст и нажмите клавишу ВВОД. Метки осей на диаграмме автоматически обновляются новым текстом.
Совет: Метки осей отличаются от заголовков осей, которые можно добавить для описания того, что отображается на осях. Названия осей не отображаются на диаграмме автоматически.
Удаление меток оси
Чтобы удалить метки на горизонтальной или вертикальной оси, выполните следующие действия:
- Щелкните в любом месте диаграммы, чтобы отобразить на ленте вкладку Диаграмма.
- Нажмите Формат, чтобы открыть параметры форматирования диаграммы.
В области Диаграмма разверните раздел Горизонтальная ось или Вертикальная Ось.
В раскрывающемся списке Положение метки выберите Нет , чтобы предотвратить отображение меток на диаграмме.
Дополнительные сведения
Вы всегда можете задать вопрос эксперту в Excel Tech Community или получить поддержку в сообществах.
Визуализация данных: как правильно выбрать диаграмму или график для годового отчета
Целевая аудитория вашей презентации либо отчета — инвесторы, руководство и просто люди — ожидают получить не ворох цифр, а уже сформулированные выводы либо понятно расставленные акценты. Возникает необходимость обратить внимание аудитории на факторы и обстоятельства, показать планы и стратегию.
Графическое отображение информации помогает донести нужную мысль, подкрепить сформулированный вывод либо подчеркнуть акцент
Но есть одна проблема — восприятие положительных и отрицательных результатов. При этом разные аудитории по-разному относятся даже к положительным. Например, журналисты могут скептически комментировать достижения. Акционеры склонны болезненно реагировать на убытки. И здесь необходим тонкий продуманный подход.
О неудачах и негативе можно рассказать очень скучно и нудно, а интересный и бодрый рассказ об успехах — подкрепить наглядной демонстрацией, включающей в себя презентацию с впечатляющими графиками. При этом правильно выбранная диаграмма может в корне изменить восприятие информации: если вы просто покажете, как рос доход компании в течение года, это будет не так впечатляюще, как если рядом будет показана динамика проседания вашего конкурента.
Одна из трудностей, которая существенно замедляет составление отчетов и аналитическую работу, заключается в подборе правильного типа диаграммы. Неверный ее выбор может вызвать путаницу в голове у зрителей или привести к ошибочной интерпретации данных.
Давайте посмотрим на инфографику о мировом производстве масла.
Здесь все — и объемы производства, экспорт, прогнозы, спрос, потребители и еще тонны информации. Эта инфографика вмещает в себя по сути огромный объем данных по целой отрасли. Тем не менее она проста в восприятии, и на графике четко видны определенные тенденции.
Чтобы создать диаграмму, которая объясняет и демонстрирует точную аналитику, сначала нужно понять причины, по которым вообще она может понадобиться. В этой статье мы рассмотрим пять вопросов, возникающих при выборе типа диаграммы. Затем мы дадим обзор 13 различных видов диаграмм, из которых можно выбрать самую подходящую.
5 вопросов, которые нужно задать себе при выборе диаграммы
1. Вам нужно сравнивать величины?
Графики идеально подходят для сравнения одного или нескольких наборов величин, и они могут легко отображать самые низкие и высокие показатели.
Для создания сравнительной диаграммы используйте следующие типы: гистограмма, круговая диаграмма, точечная диаграмма, шкала со значениями.
2. Вы хотите показать структуру чего-либо?
Например, вы хотите рассказать о типах мобильных устройств, которые используют посетители сайта или общий объем продаж, разбитый на сегменты.
Чтобы показать структуру, используйте следующие диаграммы: круговая диаграмма, гистограмма с накоплением, вертикальный стек, областная диаграмма, диаграмма-водопад.
3. Вы хотите понять, как распределяются данные?
Таблицы с распределением помогают понять основные тенденции и отметить, что выходит за рамки.
Используйте эти диаграммы: точечная диаграмма, линейная диаграмма, гистограмма.
4. Вы заинтересованы в анализе тенденций в определенном наборе данных?
Если вы хотите узнать больше о том, как цифры ведут себя в течение конкретного временного периода, есть типы диаграмм, которые очень хорошо это отображают.
Вам пригодятся: линейная диаграмма, двойная ось (столбец и линия), гистограмма.
5. Хотите лучше понять взаимосвязь между установленными значениями?
Взаимосвязанные графики подходят для того, чтобы показать, как одна переменная относится к другой или нескольким различным переменным. Это можно использовать, чтобы показать положительное, отрицательное или нулевое влияние на другую цифру.
Используйте для этого следующие диаграммы: точечная диаграмма, пузырьковая диаграмма, линейная диаграмма.
13 различных типов диаграмм для анализа и представления данных
Чтобы лучше понять каждый график и возможности его применения, рассмотрим все типы диаграмм.
Гистограмма
Гистограмма используется, чтобы показать сравнение между различными элементами, также она может сравнить элементы за определенный промежуток времени. Этот формат можно использовать для отслеживания динамики переходов на лендинг или количества клиентов за определенный период.
Инфографика Top Lead для юридической компании AEQUO
Рекомендации по дизайну для столбчатых диаграмм
1. Подбирайте единую цветовую гамму и акцентируйте цветом места, которые хотите выделить как значимые моменты перелома или изменения с течением времени.
2. Используйте горизонтальные метки, чтобы улучшить читаемость.
3. Начните ось y с 0, чтобы правильно отразить значения на графике.
Горизонтальная гистограмма
Гистограмму — в основном горизонтальную столбчатую — следует использовать, чтобы избежать путаницы, когда одна полоска данных слишком длинная или в случае сравнения более 10 элементов. Этот вариант также может использоваться для визуализации отрицательных значений.
Рекомендации по дизайну для гистограмм
1. Подбирайте единую цветовую гамму и акцентируйте цветом места, которые хотите выделить как значимые точки перелома или изменения с течением времени.
2. Используйте горизонтальные метки, чтобы улучшить читаемость.
3. Начните ось Y с 0, чтобы правильно отразить значения на графике.
Линейная диаграмма
Линейная диаграмма отображает тенденции или прогресс и может использоваться для визуализации самых разных категорий данных. Ее следует использовать, когда вы создаете график, основанный на длительном сборе данных.
Инфографика Top Lead. Линейная диаграмма — снизу.
Рекомендации по дизайну для линейных диаграмм
1. Используйте сплошные линии.
2. Не рисуйте больше четырех линий, чтобы избежать появления визуальных отвлекающих факторов.
3. Используйте правильную высоту, чтобы линии занимали примерно 2/3 высоты оси Y.
Диаграмма с двойной осью
Двухосевая диаграмма позволяет выстраивать данные с использованием двух осей — Х и Y. Используется несколько наборов данных, один из которых, например, — данные за период, а другой — лучше подходит для группировки по категориям. Таким образом можно продемонстрировать корреляцию или ее отсутствие между разными показателями.
Инфографика Top Lead для Growth Up. Диграмма с двойной осью — вверху.
Рекомендации по дизайну для диаграмм с двумя осями
1. Используйте левую ось Y для основной переменной, потому что для людей естественно сначала смотреть влево.
2. Используйте разные стили графиков, чтобы проиллюстрировать два набора данных.
3. Выберите контрастные цвета для сравниваемых наборов данных.
Областная диаграмма
Областная диаграмма в целом выглядит как линейная диаграмма, но пространство между осью Х и линией графика заполняется цветом или рисунком. Такой вариант подойдет для демонстрации отношений между частями одного целого, например, вклада отдельных торговых представителей в общий объем продаж за год. Это поможет проанализировать как всю картину в целом, так и информацию о тенденциях на отдельных участках.
Инфографика Top Lead для компании Baker Tilly. Сверху вниз: круговая диаграмма, две обласных диаграммы, круговые диаграммы.
Рекомендации по дизайну для диаграмм областей
1. Используйте полупрозрачные цвета.
2. Используйте не более четырех категорий, чтобы избежать путаницы.
3. Организовывайте данные с высокой частотой изменчивости в верхней части диаграммы, чтобы было легче воспринимать динамические изменения.
Штабельная диаграмма
Ее можно использовать для сравнения большого количества различных составляющих. Например, частоту посещения нескольких сайтов и каждой страницы в отдельности.
Инфографика и верстка — Top Lead. Для «Нафтогаз України». Штабельная диаграмма — внизу слева. Посмотреть в полном размере.
Рекомендации по дизайну для штабельных диаграмм
1. Лучше всего использовать ее для иллюстрации отношений «часть-целое». Для большей наглядности выбирайте контрастные цвета.
2. Сделайте масштаб диаграммы достаточно большим, чтобы видеть размеры групп по отношению друг к другу.
Круговая диаграмма
Круговая диаграмма отображает статическое число и то, как части складываются в целое — состав чего-либо. Круговая диаграмма показывает числа в процентах, и общая сумма всех сегментов должна равняться 100%.
Рекомендации по дизайну для круговых диаграмм
1. Не добавляйте слишком много категорий, чтобы разница между срезами была хорошо заметна.
2. Убедитесь, что общая сумма всех частей составляет 100%.
3. Необходимо упорядочить части в соответствии с их размером.
Диаграмма-водопад
Диаграмма-водопад используется для демонстрации того, как промежуточные значения — положительные и отрицательные — влияют на изначальное значение и приводят к окончательному результату. Примером может служить визуализация того, как общий доход компании зависит от различных отделов и превращается в конкретный объем прибыли.
Инфографика и верстка — Top Lead. Годовой отчет «Нафтогаз України». Диаграмма-водопад в верхней половине верстки. Посмотреть в полном размере.
Рекомендации по дизайну для водопадных диаграмм
1. Используйте контрастные цвета, чтобы выделить различия в наборах данных.
2. Выбирайте теплые цвета, чтобы показать рост, и холодные цвета — для падения.
Воронкообразная диаграмма
Диаграмма-воронка отображает последовательность этапов и скорость завершения каждого из них. Ее можно использовать для отслеживания процесса продаж или взаимодействия пользователей с сайтом.
Рекомендации по дизайну для воронкообразных диаграмм
1. Масштабируйте размер каждой секции, чтобы точно отобразить объем набора данных.
2. Используйте контрастные цвета или оттенки одного цвета от самого темного до самого светлого по мере сужения воронки.
Есть еще несколько видов графиков — они используются не так часто, но тоже могут пригодиться для визуализации болььших объемов данных. Среди них:
Точечная диаграмма
Точечная диаграмма показывает взаимосвязь между двумя различными переменными или демонстрирует распределяющие тенденции. Она подходит, если у вас много разных точечных данных, и вы хотите найти общее в наборе данных. Такая визуализация хорошо работает в поиске исключений или закономерности распределения данных.
Рекомендации по дизайну для точечных диаграмм
1. Включите больше переменных, таких как разные размеры, чтобы объединить больше данных.
2. Начните ось Y с 0 для точного распределения данных.
3. Если вы используете линии тенденций, необходимо ограничиться максимум двумя, чтобы график был понятен.
Пузырьковая диаграмма
Пузырьковая диаграмма похожа на точечный график. Но только в том смысле, что она может показывает распределение и взаимосвязь. Существует третий набор данных, который обозначается размером круга.
Рекомендации по дизайну для пузырьковых диаграмм
1. Проводите градацию пузырьков по занимаемой ими площади, а не по диаметру.
2. Убедитесь, что метки четкие и хорошо видны.
3. Используйте только круги.
Шкала со значениями
Такой график показывает прогресс в достижении цели, сравнивает его по разным критериям и отображает результат как рейтинг или производительность.
Рекомендации по разработке дизайна для шкалы со значениями
1. Используйте контрастные цвета, чтобы показать динамику.
2. Используйте один цвет в разных оттенках для оценки прогресса.
Тепловая карта
Тепловая карта показывает взаимосвязь между двумя элементами и предоставляет рейтинговую информацию. Информация о рейтинге отображается с использованием различных цветов или разной насыщенности.
Рекомендации по разработке дизайна для тепловой карты
1. Используйте базовый и четкий план карты, чтобы не отвлекать зрителей от данных.
2. Используйте разные оттенки одного цвета, чтобы показать изменения.
3. Избегайте использования нескольких шаблонов.
Вариантов дизайна может быть огромное количество.
Чтобы узнать больше о подготовке нефинансовых отчетов и послушать кейсы таких компаний как Coca-Cola, Kernel, Нова Пошта, 1+1 Media, Infopulse и других, регистрируйтесь на нашу онлайн-конференцию Corporate Reporting Conference 2020. Жмите на баннер, чтобы узнать подробности, а билеты покупайте прямо в Фейсбуке:
tag. * * If you do not want to deal with the intricities of the noscript * section, delete the tag (from ). On * average, the noscript tag is called from less than 1% of internet * users. */—>
Поделиться:
Подпишитесь на на блог
10 советов схемотехнику
Недавно один мой знакомый, начавший интересоваться электроникой и схемотехникой, обратился ко мне с просьбой дать ему какие-то практические советы по разработке электронных устройств. Поначалу этот вопрос немного озадачил меня: как-то так получилось, что для себя я никогда не выделял какие-то перечни обязательных правил проектирования, всё это было у меня где-то на уровне подсознания. Но этот вопрос послужил хорошим толчком для того, чтобы сесть и сформулировать хотя бы небольшой список таких рекомендаций. Когда все было готово, я подумал, что, возможно, это будет интересно почитать кому-то еще, таким образом и получилась данная статья.
Введение
Статья представляет собой перечень из десяти основных правил проектирования, которые актуальны при разработке широкого класса устройств. В статье я намеренно не затрагиваю моменты, касающиеся проектирования печатных плат – это тема для отдельного разговора. Правила приведены в случайном порядке без каких-либо сортировок по алфавиту, значимости, частоте использования на практике и др. Этот перечень правил также не претендует на какую-то полноту и абсолютную истину, в нем содержится мой опыт разработки электронных устройств и не более того.
1. Ставьте конденсаторы по питанию микросхем
Наличие конденсаторов по питанию является необходимым условием нормальной работы любой микросхемы. Дело в том, что они обеспечивают импульсный ток, который потребляет микросхема при переключении внутренних транзисторов. Если в непосредственной близости от микросхемы нет конденсатора, то из-за индуктивности дорожек печатной платы фронт тока может быть завален, и необходимая скорость его нарастания не будет обеспечена. Вполне может быть, что микросхема вообще при этом не будет работать, такие случаи встречаются. В связи с этой особенностью, выбирать следует конденсаторы с низкими ESR и ESL (эквивалентным последовательным сопротивлением и эквивалентной последовательной индуктивностью). В подавляющем большинстве случаев хорошо себя показывают керамические конденсаторы, а если вдруг требуется большая емкость – танталовые.
Количество конденсаторов у каждой микросхемы должно быть не менее количества ножек питания данной микросхемы. То есть, если микросхема имеет 10 выводов питания, то надо ставить не менее 10 конденсаторов только на одну эту микросхему, причем располагать эти конденсаторы на печатной плате надо как можно ближе к выводам питания. Часто производители рекомендуют ставить еще один дополнительный конденсатор большего номинала общий для всех выводов питания микросхемы. Ниже на рисунке приведен пример из документации на сверхпопулярный микроконтроллер STM32F103: как видим, помимо 5 конденсаторов 0,1 мкФ у выводов VDD, производитель рекомендует также ставить один общий конденсатор 4,7 мкФ.
Отдельного внимания заслуживает выбор емкости конденсатора. В большинстве случаев вы не ошибетесь, если выберете емкость 0,1 мкФ. Однако не поленитесь заглянуть по данному вопросу в документацию на микросхему: здесь тоже могут быть тонкости. Например, ВЧ-микросхемы часто требуют наличие конденсатора меньшей емкости. Ниже приведена картинка из документации на микросхему смесителя LT5560. Как видно из рисунка, производитель советует применять конденсаторы 1 мкФ и 1 нФ.
Возможны отклонения и в другую сторону: например, 4G модуль WP7502 требует установки конденсатора в целых 1500 мкФ рядом с выводами питания:
В общем, лучше всегда уточнять номиналы требуемых конденсаторов в документации на конкретную микросхему.
2. Учитывайте предельные параметры компонентов
К сожалению, не так редко встречаются схемы, где резистор в корпусе 0402 стоит в цепи 220 В или что-то аналогичное. Так делать нельзя! Перед установкой любого (абсолютно любого) компонента на схему вы должны убедиться, что ни при каких условиях не превышены максимально допустимые параметры по току, по напряжению и по рассеиваемой мощности для этого компонента. Все расчеты необходимо производить для наихудших условий эксплуатации (в частности, для максимально возможного напряжения на схеме), а предельные параметры смотреть в документации на конкретный компонент.
Рассмотрим простой пример с резистором. Допустим, мы рассчитали схему и нам требуется обеспечить сопротивление 25 кОм, а максимально допустимое напряжение в этой цепи составляет 100 В. Какой резистор мы заложим в схему? Открываем документацию на резисторы серии RC от Bourns и видим основные предельные параметры:
В цепях с напряжением 100 В могут работать резисторы серии CR0805 или CR1206. CR0603 туда ставить нельзя. А что с рассеиваемой мощностью? Как гласит школьный курс физики, для цепи постоянного тока она считается по формуле:
Такую мощность не выдержит ни один из представленных резисторов в таблице, однако мы можем соединить их несколько штук параллельно: 4 штуки CR0805 или 2 штуки CR1206. Только не забывайте, что при параллельном соединении резисторов их эквивалентное сопротивление уменьшается. Например, мы можем взять 4 шт. CR0805-JW-104ELF (100 кОм): соединив их параллельно, получим как раз 25 кОм. Для ответственных применений можно еще дополнительно снизить нагрузку на каждый из резисторов, соединив параллельно не 4 штуки, а 6 штук.
Максимально допустимый ток для резистора серии RC составляет 2 А, и он тут явно не будет превышен, это легко проверяется по закону Ома. Более того, данный параметр в основном актуален для резисторов с маленьким сопротивлением, для остальных гораздо быстрее вы уткнетесь в превышение мощности.
А как выбирать конденсаторы? После определения типа применяемого конденсатора (керамика, тантал, пленка, электролит и др.), необходимо обеспечить запас по напряжению хотя бы в 25-30%. Если есть возможность, то для ответственных применений лучше брать запас в два раза. В ряде случаев, помимо напряжения необходимо еще учитывать и импульсный ток через конденсатор. Про этот параметр очень часто забывают, хотя перегрузка конденсатора по току в цепях какого-нибудь импульсного источника питания ничем хорошим не закончится. Рассмотрим пример. Допустим, мы рассчитали наш импульсный источник питания и определили, что он:
- Работает на частоте 100 кГц.
- Напряжение выходной цепи равно 30 В.
- Требуется конденсатор емкостью не менее 100 мкФ.
- Через него будет протекать импульсный ток в 2 А (действующее значение).
Открываем на них документацию:
На первый взгляд, вроде бы, 35 В больше 30 В, и нам должен подойти этот конденсатор. Однако в данном случае запас будет всего 5 В, что очень мало. Правильным решением будет выбрать конденсатор на 50 В.
Смотрим дальше: у нас есть конденсатор на 50 В с требуемой емкостью в 100 мкФ. Можно было бы взять его, но у него максимальный ток равен нашим ожидаемым 2 А (для частоты 100 кГц), то есть опять запаса по этому параметру не будет.
Поэтому правильно будет взять два конденсатора на 68 мкФ 50 В и соединить их параллельно. Таким образом, мы получим общую емкость в 132 мкФ, максимальное напряжение в 50 В и максимальный импульсный ток в 3,6 А. Такая система будет надежной и проработает долго.
Аналогичным образом выбираются и дроссели, и транзисторы, и вообще любые другие компоненты. Всегда надо помнить про их предельные параметры и брать компоненты с запасом минимум 25-30%.
К предельным параметрам можно также отнести и температуру. Существует три основные температурные группы:
- Commercial (0 ℃…+70 ℃)
- Industrial (-40 ℃…+85 ℃)
- Military (-55 ℃…+125 ℃)
Стоит также отметить, что микросхемы диапазона Military вы, скорее всего, не сможете купить: они продаются далеко не всем желающим.
3. Защищайтесь от статики
Электростатический разряд способен за долю секунды выжечь порты микросхемы стоимостью в тысячи долларов. По этой причине следует всегда помнить о нем и предпринимать меры по защите своих устройств. Вообще тема защиты от статического электричества довольно обширна и уже сама по себе заслуживает отдельной статьи. В рамках этой попробуем лишь кратко рассмотреть основные правила, которые я выработал для себя:
- Все интерфейсные разъемы (USB, UART, RS-232 др.), с которыми потом будет контактировать пользователь, однозначно должны иметь защиту от статического электричества.
- Все кнопки, на которые нажимает пользователь, должны иметь защиту от статики, при условии, что они заведены на чувствительные микросхемы.
- В случае, если оконечный драйвер уже имеет встроенную защиту от статики, и если эксплуатация изделия не предполагает суровых условий, дополнительную защиту можно не ставить. Примером может послужить преобразователь RS-232 SN65C3223, у него уже есть встроенная защита от статики.
В случае, если предполагается эксплуатировать изделие в суровых условиях, встроенной защиты может быть недостаточно и потребуется ставить дополнительно еще и внешние элементы.
- Защищать ли от статики внутриблочные разъемы – это зависит от культуры вашего производства. Если монтаж происходит в специальных комнатах с антистатической мебелью и покрытием полов, а все монтажники применяют антистатические браслеты – это может быть и не обязательно. При других условиях защита тоже лишней не будет.
К элементам защиты от статики предъявляются следующие требования:
- Они должны выдерживать заданную энергию электростатического разряда.
- Они должны быть рассчитаны на соответствующее рабочее напряжение. Мало смысла ставить защитный диод на 15 В в цепь, максимальное допустимое напряжение для которой 3,6 В.
- Они должны иметь малую паразитную емкость (для высокоскоростных цепей – единицы пикофарад максимум). Если вы поставите какой-нибудь мощный защитный диод (который почти наверняка будет обладать большой емкостью) в цепь USB 3.0, то просто завалите фронты сигналов и ничего работать не будет.
- Они должны иметь маленькие токи утечки. Типовое значение – единицы нА.
- На печатной плате они должны располагаться в непосредственной близости от разъема, и дорожка печатной платы должна проходить строго «вывод разъема -> элемент защиты-> защищаемый компонент».
- После защитного диода и перед микросхемой нелишним будет поставить резистор в единицы-десятки Ом, если это допустимо. Этот резистор будет способствовать рассеиванию возможного всплеска напряжения на защитном диоде при сильном разряде.
Что именно использовать в качестве защиты от статики? Сейчас имеется достаточно богатый выбор:
-
Защитные диоды с фиксированным уровнем напряжения. Примером может служить диод CDSOS323. Существуют как однонаправленные, так и двунаправленные варианты таких защитных диодов:
Защитные диоды с уровнем напряжения, определяемым источником питания. Примером может служить диодная сборка TPD4E001: рабочий диапазон напряжения Vcc составляет от 0,9 до 5,5 вольт.
Рядом с такими диодами рекомендуется располагать конденсатор небольшой емкости, включенный по питанию.
Варисторы. Есть специальные виды, предназначенные для защиты от статики. Примером может служить CG0402. Благодаря ультра маленькой емкости в сотые доли пикофарад, они могут применяться в таких высокоскоростных устройствах как USB 3.0 или HDMI: - Не используете для защиты от статики стабилитроны! Они предназначены для другого.
- В особо тяжелых случаях может потребоваться использование газовых разрядников, но это уже не совсем про статику 🙂
- Как только напряжения в вашей схеме превышают 30 В (а при эксплуатации в условиях повышенной влажности 12 В), начинайте думать о том, как обезопасить пользователя от них.
- При работе с сетями 220 В будьте предельно внимательны. Обеспечиваете надежную гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями. Вырезы в печатной плате будут здесь совсем нелишними. Контакт пользователя с первичной цепью должен быть совершенно исключен!
- Если проектируете устройства, питающиеся от сети, разберитесь, что такое конденсаторы Х и Y типа, применяйте их в соответствующих местах и никогда не заменяйте их на обычную пленку или керамику.
- При работе с высокими напряжениями металлический корпус вашей аппаратуры должен быть заземлен.
- Предохранители и другие устройства защиты – совсем нелишняя вещь
- При организации цепей защитного отключения не полагайтесь на микроконтроллеры, они склонны зависать. Всегда дублируйте такие важные цепи какой-нибудь дубовой логикой.
- Предусматривайте цепи разряда для высоковольтных конденсаторов. После выключения прибора они должны разряжаться как можно быстрее.
- Медицинская техника – отдельная история. Не начинайте ее разрабатывать, не ознакомившись со всеми требования безопасности, которые предъявляются к аппаратуре данного типа.
- ГОСТ 12.2.091-2012 Безопасность электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения
- ГОСТ 27570.0-87 Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний
- ГОСТ Р 12.1.019-2009 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты
- Максимально допустимый ток через резистор
- Паразитную индуктивность и емкость резистора
- Тип корпуса и занимаемую площадь на печатной плате
- схемотехника
- электроника
- разработка схем
- hardware
- Программирование микроконтроллеров
- Схемотехника
- Производство и разработка электроники
- DIY или Сделай сам
- Электроника для начинающих
4. Безопасность – превыше всего
Главное правило врача – не навреди. Главным правилом разработчика должно стать «Создавай безопасные для окружающих устройства». В данном разделе я рассмотрю некоторые наиболее часто встречающиеся моменты, за которыми может таиться опасность:
Примеры
5. Ставьте защиту от дурака
Если вы думаете, что пользователь не перепутает распиновку вашего разъема питания или не подаст 27 В вместо 12 В, то вы заблуждаетесь, такое рано или поздно случится. Этого еще как-то можно избежать, если у вас аппаратура питается через какой-нибудь стандартный разъем, но в любом другом случае я рекомендую защищать входные цепи питания от ошибок пользователя. Конечно, от ядерного взрыва или от прямого подключения к подстанции 10 кВ мало что спасет, но базовые элементы защиты должны быть. В рамках данной статьи я очень кратко рассмотрю два типа защит: от переполюсовки и от повышенного входного напряжения.
Схем для защиты от переполюсовки изобретено уже довольно много, но в своей практике я широко использую две из них: с использованием диода и с использованием полевого транзистора.
Схема защиты от переполюсовки с использованием диода приведена на рисунке:
Достоинством данной схемы является предельная простота, но она обладает большим недостатком: диод VD1 может сильно греться. Выделяемую на нем мощность можно грубо прикинуть, умножив 0,4…0,8 (падение напряжения на открытом диоде) на ток потребления схемы. Для точного расчета можно воспользоваться ВАХ диода, которая всегда есть в документации на него. Но и так очевидно, что при токе в 1 А на диоде будут выделяться несколько десятых долей ватта, которые не только пропадут впустую, но, при отсутствии теплоотвода, скорее всего, быстро убьют диод (особенно, если он в маленьком корпусе). Поэтому такую схему защиты можно применять, только если потребляемый ток не превышает единиц-десятков миллиампер.
Для более мощных схем лучше применять схему защиты на полевом транзисторе, она приведена на рисунке:
В рамках данной статьи я не буду рассказывать, как эта схема работает и как ее считать, про это уже написано много где, и у заинтересованного читателя не будет проблем с поиском информации. Поэтому сразу перейдем к схемам защиты от перенапряжения.
Для защиты от перенапряжения существует как минимум два подхода: установка каких-либо электронных предохранителей (хотсвапов, контроллеров питания) на входе схемы, либо же установка ограничителей напряжения. Безусловно, можно объединить эти два подхода в одной схеме.
Микросхемы электронных предохранителей бывают с самым разным функционалом: они могут уметь мониторить повышенное напряжение, пониженное напряжение, обеспечивать защиту по току, температуре, мощности, обеспечивать плавное нарастание тока и еще много всего. Примером неплохого электронного предохранителя может служить микросхема TPS1663, типовая схема включения которой приведена ниже:
Эта микросхема обеспечивает защиту от перенапряжения, однако у нее самой максимально допустимое напряжение составляет 67 вольт. Как же защититься в этом случае? К сожалению, бесконечно наращивать защиту не получится, и в таком случае остается один-единственный вариант: допустить, чтобы в схеме сгорело что-то дешевое и разорвало цепь, спасая всю ценную начинку схемы. И тут мы плавно перемещаемся к ограничителям напряжения.
В качестве ограничителя напряжения может выступать варистор, защитный диод (TVS) или вообще газовый разрядник. Говорить о плюсах и минусах каждого потянуло бы на отдельную статью, поэтому в рамках данной рассматриваться не будет. Применять ограничители напряжения имеет смысл совместно с плавким предохранителем: при таком подходе варистор или защитный диод ограничивают напряжение, пропуская через себя большой ток, что вызывает сгорание плавкого предохранителя и разрыв цепи. Если обстоятельства сложатся не очень удачно, сгореть может также и сам ограничитель, однако ценные микросхемы на плате должны быть спасены и, что тоже очень важно, возможное возгорание предотвращено. Простейшая схема защиты устройства с использованием варистора приведена ниже:
Мы рассмотрели основные схемы защиты платы от переплюсовки питания и от перенапряжения. Разработчик должен выбрать оптимальную комбинацию схем защиты, исходя из требований к надежности, вероятности ошибки пользователя, места на печатной плате и стоимости изделия. В качестве заключения для этого раздела, приведу фрагмент схемы входного каскада, реализованного в одной из последних моих разработок. В этой схеме представлен полный комплекс защит: защита от переполюсовки на полевом транзисторе, защита от пониженного и повышенного напряжения, а также защита по току на микросхеме TPS1663, и в довершении всего защита с помощью варистора и плавкого предохранителя.
6. Практикуйте системный подход к разработке
Очень частая ошибка начинающих разработчиков – нарисовать схему, развести плату (может быть, даже изготовить ее) и только после этого задуматься о корпусе устройства. И вот тут начинается самое интересное: вроде бы вот, есть в продаже отличный корпус под устройство, практически подошел бы… если бы плата была миллиметра на два покороче. А следующий типоразмер корпуса уже в полтора раза больше, но приходится брать его, потому что альтернатива – изготовление корпуса на заказ – слишком дорога. В результате имеем неоправданно большой корпус, в котором болтается маленькая печатная платка. А ведь этого можно было избежать, если бы вопрос проработки корпуса аппаратуры не оставлять на потом, а решать одновременно с разработкой печатной платы.
Когда разрабатывается какое-то сложное устройство с кастомным корпусом, то тут качественная разработка в принципе не может происходить без плотной совместной работы конструктора, схемотехника и тополога (иногда, правда, это один и тот же человек :)). Важно понимать, что эта работа происходит одновременно: схемотехник рисует схему и передает ее топологу, конструктор в это время определяет габариты печатных плат в зависимости от конструкции изделия, а также выдает всевозможные ограничения на высоту компонентов и запретные зоны, тополог делает предварительную расстановку компонентов на печатной плате и передает ее конструктору для интеграции в общую 3D-модель, схемотехник все согласовывает и, при необходимости, реагирует на пожелания типа «вот тут бы дроссель подобрать на пару миллиметров пониже».
Но комплексный подход к разработке не ограничивается только конструкцией.
Если изделие предполагает написание встроенного софта, необходимо взаимодействие схемотехника с программистами еще на этапе разработки структурной схемы будущего устройства. Это необходимо как для планирования сроков разработки, так и для определения возможности программной реализации заложенный схемотехнических решений. К сожалению, при недостатке у схемотехника знаний об особенностях разработки программного обеспечения, некоторые заложенные в схему решения могут оказаться в принципе неосуществимыми с точки зрения написания софта, а выяснится это все только после изготовления печатных плат. Поэтому для того, чтобы избежать такой грустный сценарий, стоит продумать и согласовать все принципиальные с точки зрения ПО вопросы с теми, кто потом это ПО будет писать.
Кроме того, при разговоре о комплексном подходе, нельзя не упомянуть и такой важный момент, как организация будущего производства. Уже на этапе рисования схемы необходимо задуматься о том, как потом эта плата будет производиться, как ее отлаживать, проверять, тестировать. Уже сейчас нужно заложить контрольные точки для измерения напряжения источников питания, подумать про рабочие места, про всевозможные кабели и куда их подключать, про методику проверки. Очень может быть, что для тестирования вашей платы в условиях серийного производства понадобится специальная оснастка – ее разработку (хотя бы в эскизном виде) надо начинать параллельно с проверяемой платой, потому что это два взаимосвязанных устройства.
В общем, в качестве краткого резюме по текущему разделу – подходите к разработке комплексно. Думайте о конструкции изделия, о корпусе, о разработке программного обеспечения, о том, как будут производиться и тестироваться ваши устройства в самом начале проектирования, а не тогда, когда уже большая часть работ сделана, и любой шаг в сторону сопровождается огромными затратами ресурсов.
7. Используйте нулевые резисторы
Я уверен, что любому разработчику знакома такая ситуация: схема разработана, плата разведена, компоненты запаяны, и вот изделие попадает на отладку. Включаем – и не работает. Начинаем искать причину – вот незадача, перепутаны RX и TX у UART. Или D+ и D- у USB. Или MOSI и MISO в SPI. Или… да ошибиться можно где угодно, особенно если данный кусок схемы делается в первый раз. Приходится брать скальпель, резать дорожки на печатной плате, зачищать маску и пытаться припаяться к этим самым дорожкам проводами. А что если дорожки во внутренних слоях печатной платы? А микросхемы – в BGA корпусе? Да еще и с использованием технологии Via-In-Pad? Вот где настоящая боль. В такие моменты невольно начинаешь завидовать программистам, у которых проблему можно решить путем перекомпиляции программы, тогда как здесь маячит перспектива полной переделки печатной платы без возможности оживить текущую. Можно ли как-то избежать такого грустного финала? Зачастую да. В случае, когда какой-то кусок схемы делается впервые, а топология печатной платы не располагает к экспериментам, «сомнительные» цепи лучше соединять не напрямую, а через нулевой резистор (резистор с сопротивлением 0 Ом).
В таком случае, даже если вы ошибетесь в схеме, ошибка не будет фатальной. Достаточно будет снять запаянные резисторы и скоммутировать схему правильным образом. Обойдется без перерезания дорожек и, тем более, без ковыряния меди на внутренних слоях платы.
Может возникнуть вопрос – а не слишком ли расточительно вот так вот ставить резисторы на плату, которые не очень-то и нужны? Ну, на момент написания статьи, цена на DigiKey нулевого резистора в корпусе 0402 составляла порядка 2$ за 1000 штук. Пусть каждый сам для себя решит дорого это или нет. Кроме того, замечу, что нулевые резисторы необходимы только на опытных образцах, когда еще нет уверенности в правильности схемы. При запуске серийного производства, когда все недостатки схемы устранены, в новой ревизии платы вполне можно их исключить.
К выбору типа нулевого резистора необходимо подходить комплексно. Необходимо учитывать как минимум следующие параметры:
8. Разделяйте земли и фильтруйте питание
На практике очень часто встречаются случаи, когда на одной печатной плате присутствуют одновременно высокочувствительные аналоговые тракты и шумные цифровые процессоры. Или мощные импульсные преобразователи и склонные к сбоям цифровые системы управления. В общем, когда по соседству на одном куске текстолита находится какой-то источник помех и рядом с ним чувствительные к ним компоненты. Как в таком случае быть? Практика говорит, что 90% успеха при создании таких устройств – это грамотно разведенная печатная плата. С правильной компоновкой элементов, с грамотным стеком и с формированием полигонов земель и питания по определенным правилам. Но текущая статья не про печатные платы, кроме того, нельзя недооценивать и таким вещи, как фильтрация питания и разделение земель, про которые мы и поговорим в настоящем разделе.
Основная суть процесса разделения земель заключается в том, чтобы возвратные токи «шумной» цифровой или силовой частей схемы не протекали совместно с возвратными токами чувствительных цепей: в противном случае чувствительные цепи могут улавливать колебания напряжения шумов на земляных полигонах и интерпретировать их как часть полезного сигнала, что неминуемо приведет к ошибкам в работе. Для этого в проекте создаются две цепи с разными именами (например, A_GND и D_GND). Чувствительные земляные цепи подключаются к A_GND, а «шумные» – к D_GND. Но если цифровые и аналоговые блоки общаются между собой (а такое бывает практически всегда), необходимо соединить цепи A_GND и D_GND между собой (иначе возвратным токам негде будет протекать). Как это правильно сделать? Существуют разные мнения на этот счет. Я обычно соединяю эти цепи между собой нулевым резистором, располагая его вблизи источника питания на печатной плате.
Если вы работаете в Altium Designer, то для этих целей там предусмотрен специальный тип компонента под названием Net Tie, можно использовать и его.
Иногда для соединения этих земляных цепей рекомендуют использовать индуктивность, мотивируя это тем, что она хорошо блокирует высокочастотные помехи. Но я это делать категорически не советую: не стоит забывать, что через эту индуктивность будут течь и возвратные токи сигналов между цифровой и аналоговой частями схемы. Это приведет к сильному искажению формы сигналов и, возможно, к полной неработоспособности схемы. Индуктивности полезно применять в цепях питания для его фильтрации, однако делать это тоже надо аккуратно. Давайте рассмотрим этот вопрос немного подробнее.
Прежде всего необходимо запомнить одно простое правило: индуктивность фильтра всегда должна идти в паре с конденсатором. Схема без конденсатора, скорее всего, вообще работать не будет. Почему? См. первый раздел настоящей статьи.
Тип и номинал индуктивности выбирается исходя из ожидаемой интенсивности помех по питанию, спектра помех и особенностей вашей схемы. Разумеется, должен быть соблюден запас по току. В своей практике для фильтрации питания я достаточно часто использую индуктивности серии BLM от Murata: они предназначены специально для фильтрации помех в аппаратуре самого разного типа. Краткая характеристика индуктивностей серии BLM приведена на рисунке.
9. Учитывайте переходные процессы
Переходные процессы – это как себя ведет система до момента наступления установившегося состояния. В частности, под переходными процессами можно понимать моменты включения питания, моменты подключения нагрузки к источнику, коммутацию ключей и многое другое. Вообще подробное рассмотрение переходных процессов – это тема под целую серию статей. В данной же статье мы рассмотрим более подробно вопрос включения питания, как встречающийся наиболее часто.
Ситуация 1. Вы подключили какую-нибудь плату проводами к лабораторному источнику питания. Подаете питание и обнаруживаете, что у вас плата вместо того, чтобы запустится, находится в режиме циклической перезагрузки. Что происходит и что делать?
Действительно такие ситуации могут возникать и причина – в переходном процессе. В момент старта ваша плата может потреблять в несколько раз больше тока, чем в момент штатной работы. Особенно это хорошо заметно, если на плате стоит какой-нибудь мощный процессор.
Нарастающий импульс тока проходит от источника питания к плате через провода, которые, увы, совсем не идеальны: у них есть и паразитное сопротивление, и паразитная индуктивность. Все это приводит к провалу напряжения на плате: этот провал отрабатывает супервизор процессора и по итогу имеем циклическую перезагрузку. Решений у проблемы несколько: укоротить провода и увеличить площадь их сечения, использовать лабораторные источники питания с обратной связью, либо же вообще поставить на плате преобразователь питания и подавать на плату более высокое напряжение.
Ситуация 2. Вы подаете питание на свою плату и тут замечаете, что в начальный момент почему-то слегка подмигивает светодиод, который должен быть выключен. Или на короткий момент начинает работать какой-нибудь преобразователь питания, который, вроде как, должен быть заблокирован в ПО процессора. Либо хаотично щелкает реле. В чем же дело? Ошибка в коде? Все может быть и проще, и сложнее одновременно. Возможно, вы просто не учли состояние портов ввода-вывода процессора (или же какой-то другой микросхемы) в моменты сброса и начальной инициализации. А между тем, это важный параметр, про который нельзя забывать. Обычно такие моменты прописаны в документации. Например, STMicroelectronics в документации на свой микроконтроллер STM32F750 явно пишет, что все ножки, кроме тех, которые отвечают за программирование и отладку, в течение сброса и сразу после него сконфигурированы как входы, не подтянутые ни к питанию, ни к земле.
Чем нам это грозит? Дорожка на печатной плате, где с обоих сторон высокоимпедансные входы – отличная антенна для улавливания всевозможных помех. И если она заведена, например, на вход EN какого-нибудь источника питания, либо управляет реле, то в моменты начальной загрузки этот источник питания может хаотично включаться и выключаться, а реле щелкать с безумной скоростью буквально по мановению руки. К счастью, данная проблема решается достаточно просто: достаточно поставить подтягивающие резисторы к GND либо к VCC номиналом 10…100 кОм на критичные цепи. Они надежно зафиксируют уровень сигнала в моменты инициализации и не допустят хаотичного переключения периферийных устройств.
Однако стоит помнить, что состояние выводов микросхемы в моменты сброса и начальной инициализации очень индивидуально и зависит от конкретной микросхемы. И если в том же STM все довольно просто и понятно, то, например, в процессоре AM4376 от Texas Instruments все гораздо хитрее: часть GPIO имеет состояние HIGH-Z, часть имеют подтяжки PU, другие PD:
Ситуация 3. Вы полностью обесточили свою плату, но на ней продолжает гореть светодиод или микросхемы проявляют какую-то активность? В чем дело, неужто вечный двигатель? Увы, все гораздо проще. Скорее всего, у вас остался подключен к плате какой-нибудь преобразователь USB-UART или другая периферия, запитанная на стороне и имеющая высокий логический уровень на своих выводах. Дело в том, что любая микросхема имеет на своих входах по два диода, включенных между GND и VCC. Через эти диоды напряжение с входа микросхемы может проникать на вывод питания микросхемы и дальше распространяться по всей плате, как это показано на рисунке.
Конечно, полноценно запитать всю плату таким образом вряд ли получится. Однако на цепи VCC может образоваться какой-нибудь промежуточный уровень напряжения: меньший, чем напряжение питания микросхемы, но тем не менее достаточный, чтобы микросхемы оказались в «непонятном» состоянии. К счастью, большинство микросхем все-таки не особо чувствительны к подобным натеканиям напряжения, однако про эту проблемы нельзя забывать, и в случае необходимости следует ставить в критичные цепи специальные изолирующие буферы.
Ну и теперь у нас остался последний пункт настоящей статьи.
10. Читайте документацию на применяемые компоненты
Внимательно. Всегда. В ней действительно находятся ответы на большинство вопросов, в том числе и на те, которые мы рассмотрели в данной статье. Да, порой эта документация содержит десятки, сотни или даже тысячи страниц, но потраченное время на их изучение на этапе проектирования устройства, с лихвой окупится в процессе запуска изделия и отладки. Изучайте также схемы на отладочные платы, предоставляемые производителем, а также проглядите примеры топологии печатных плат: обычно лучше производителя никто вам не скажет, как правильно обвязывать микросхему и разводить под нее печатную плату. Не забывайте про Errata, там иногда таятся неожиданности. Всегда старайтесь понять, что делает каждая ножка в применяемой вами микросхеме: казалось бы ничем не примечательный вывод, не подключенный как надо, может испортить всю работу.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели десять основных правил проектирования электрических схем. Надеюсь, это поможет начинающим разработчикам избежать хотя бы самых простых ошибок при проектировании схем. Ну и самое главное – разрабатывайте устройства и не бойтесь экспериментов, потому что практика, в конечном итоге, все равно лучший учитель.