PDN分析及应用系列三 —— 案例2：串联电源网络连接

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0 }4 q: N; w8 ?% y  y% M3 ~6 v此示例展示了如何将一系列连接的网络进行整体分析，同时考虑互连它们的串联元素的参数。 此外，本次系列还概述了如何添加电压调节器模型“Voltage Regulator Models（VRM）”，它们也可充当网路之间的电气和逻辑链路，以及如何开发设计电源网络的完整层次结构。

4 b( n$ S3 G0 c) e  a该示例为SpiritLevel-SL1参考项目的PWR_IN至5V的网络建模，并包括3.3V（VCCO）和1.8V（VCCINT）VRM，以创建完整的电源网路结构。

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( {' Z# p1 B1 `原理图电源网络

DC网路设置
% r. Y6 Z& Z5 n4 t1. 选择 File » New Simulation。

6 M! a9 [" {1 J# A: v  d# P7 F2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。

3. 添加Source 并设置为 J1。

! b: g6 l& e& W$ @+ `2 w通过串联元素扩展网路
, g1 S8 o, A1 f要建模从PWR_IN网路到5V网路的完整电源路径，需要添加串联熔断器（F1）和开关（S1）元件及其中间网络。 在PDNA接口中，通过顺序地扩展电源网路来添加这些。 每个网络“扩展”通过通用串联元素模型连接。 串联元素不限于所有终端的单个RefDes。 例如，可以制作一个串联元素来模拟电感器，或者一个串联元素可以跨越多个元件，以防设计的一部分不需要模拟，或者因为电源在PCB上只有一个连接器，要通过该连接器接到另一块板的情况，这样不是一个完整的网路。
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1.右键单击PWR_IN网路，然后从上下文菜单中选择“Extend Network”选项。
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2.选择NetD1_2网络（桥接F1和S1的引脚3，及二极管D1的引脚2）。

0 N9 x5 B$ b8 @, n8 k+ E3.单击“确定”。 网络扩展进程将自动在两个网络之间添加一个串联元素。
) U* b" n# z; P& b% g8 u- ^
) d. x' M0 a2 t, C3 H' D
2 I) T5 ], I6 [# t4 f5 w3 ^
扩展电源网路

4.双击“串联元素1”以在“ Device Properties”对话框中指定连接“ connectivity ”和参数“parameters”。

串联元素模型由与电阻串联的电压源组成，可以对电阻，电感，二极管和开关等元件进行基础建模。
! U8 f* k1 b6 [' F+ @, f6 ]
5.将 In和 Out终端的Refdes设置为F1。
1 z  ^5 n! _8 k" I8 T$ Y) j
6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。

注意：如果串联元素是半导体器件，例如二极管，则会指定电压降参数以及器件的内部电阻值。
7 U* S( t. D" V
( S( X& e' ~* d8 h1 U
' f9 ^, e1 c9 M( {9 U% x
, l0 L8 m* [; C4 o6 N& C  l  K& C定义串联元素的属性

2 H/ n, O- }- D9 Q7 X7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。

8.选择5V电源网络。
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5 t% S7 D) b/ Q9 z* c$ W' O5 M
* A; s- U) U" |7 T/ E+ t" {' p
3 \1 K2 R+ ?3 \4 ]/ u( W扩展NetD1_2网路
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9.双击串联元素Series Element 2。

10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。
, r  i9 r2 A4 H4 g* @4 p
2 z- O  z$ n5 i/ f11.取消选择 Group Pins by Name。

12.禁用 Pin 1。

3 w) p% m* [4 _$ S7 A3 ?2 t; ?13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。



添加串联元素2

在这种情况下添加的串联元素是S1，它通过引脚2和引脚3将D1_2网络连接到5V输出网路。由于S1（引脚1）的备用输入引脚连接到其输出引脚（引脚2）， 不带负载电流，引脚1可以从网路分析中删除。

14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。

6 ~9 j5 x# t, l/ M) K. \15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。
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1 Y3 B$ D0 h$ F
# I. j( E% `3 j, C5 Q! w添加LCD1负载到5V电源网络

( o* k- C1 K5 W$ u16.开始分析。



同时进行多网路分析

包含电压调整器模型
PDN分析仪提供有源电压调整器模型 “Voltage Regulator Models（VRM）”，可插入网路的电压输入和输出之间。 当添加到PDNA电源网路时，它们既表现为电压输入网路上的负载，又表现为电压输出网路上的电源。 VRM模型选项包括线性“Linear”，开关模式“Switchmode” 和遥感开关模式电压调整器 “remote-sensing Switchmode voltage regulators”。 电压调整器模型（VRM）在PDN分析仪中非常强大，因为它们可以在多个元件中定义，模拟整个稳压器电路的功能。 这样就可以在PDN分析仪中轻松模拟复杂多样的设计。
% e4 w; y9 e+ J8 ]9 ~1 L) V
SpiritLevel-SL1参考项目使用线性稳压器来产生3.3V（VCCO）和1.8V（VCCINT）电源。 当VCCO稳压器（U3）添加到PDNA仿真网络时，它表示为5V输入网路上的负载和3.3V网路的源。

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项目线性稳压器
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1.向5V电源网路添加负载。

2.在“设备属性”对话框中选择VRM (Linear)选项作为 Device Type 。

3.将In 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为5V。

/ G2 x% H0 X+ N4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。
& _) u6 O* {9 g$ _! \! A; [
& ^, h( j( G# m0 j( N5.将Ref终端Refdes设置为R14，将Net设置为GND。

6.最后，请将Vout设置为3.3V，然后单击“确定”。
4 P: n# U# w  Q6 ]! ?+ W
: T' P3 b! X/ k' o
: W3 a, P- S8 f: j5 l9 E
用于VCCO电原网路的线性VRM
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7.右键单击刚刚创建的VRM负载模型（Load 2：U3），然后选择Add VRM To New Network选项。
+ u; X6 D4 q+ N& r) Q" R9 `5 s
这将自动创建VCCO网路，其中 VRM (Source 1: U3)输出侧模型作为电压源 (3.3V)。

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) L9 S/ |. C9 R9 j
从VRM创建VCCINT

注意：VRM是可以从任何源进行修改的共享模型。在此示例中，更改将双向应用于Load输入模型反射和Source输出模型。
" [+ s# G+ G7 j" a1 M
( s( z: i7 i2 k% x3 \  N+ @6 S1.将负载U1添加到新的VCCO网路。
6 A" n% c1 Q& b9 z4 \( N& k
2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK



) r' e" Z& b( U0 y( n向VCCO VRM添加负载
' Q4 h( a2 ^2 c
完成的电源网路布置现在包括通过3.3V线性VRM连接在一起的两个网路（PWR_IN和VCCO）。当在当前PDNA文件结构中选择网路层次结构的顶层时，网路图形提供电源网络互连的块图样式的概览。在此示例中，VRM作为负载添加到5V（输入电压）网路，然后用于自动创建3.3V（VCCO）电压输出网路，VRM为 Source源。最后，VRM作为Source添加到 output voltage网路，并且该模型作为负载Load 添加到 “input” voltage网路（(Add VRM To New Network或 Add VRM To Existing Network）。
, h1 Q- _, {5 S: d+ G, s. y


网路块图概览
' B: q: \0 b$ I4 x1 F
, l; y1 n: ^7 A3 x同时进行多网路分析
GND网路的路径现在将包括来自PWR_IN和VCCO网路的返回电流叠加。 PDN分析将产生复合网路的结果，包括VRM。 从图形上看，当在PDNA界面中选择网路层次结构的顶层时，PCB编辑器将显示所有网路。 添加另一个VRM（U4）将完成示例项目的电源分布网路，并将1.8V电源输出网路（VCCINT）包含在内。



: L' s: p6 G* B第二个电源网路线性VRM

, t3 a" S6 I! f1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。
% u, p; j* x& U- t6 J9 @
) J5 d' w# U6 q% w设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。
( p& _6 ^1 l, S- p4 }
设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。
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8 ~+ N: a- l2 H, o将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。

. f- S, I& k; o" o将Vout设置为1.8V。

3 ~& D+ j% C9 c8 V* I3. 完成VRM，单击“确定”。



用于VCCINT电源网路的线性VRM
$ p& Z; Y# x% |) v5 ?% U
/ o( m+ y  F9 O3 ~& W4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。



创建VRM的VCCINT
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5.添加Load U1到VCCINT网路。

6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。
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# u& [) V9 W* P) u

/ A& R  w. J/ k, x' y8 o- D添加一个负载到 VCCINT VRM
$ ~: F# q, x, U1 r8 _, W
7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。
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同时多网路层次结构

( i3 M% y( G- u1 N8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。
* A% |+ |; A; O) X& o6 j
5 {- }0 t4 L5 _# K  h5 u! p% j9.将文件名保存为 Example 2。

注意：PDN配置是一个文件（* .pdna），它捕获并保存现有分析设置中定义的所有用户设置及相应的数值。 配置文件使您可以保存和管理任意数量的分析设置以供后续使用。


/ X7 {$ a( G  j* R/ Y- t' F
保存配置文件
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10.启动分析。

PDNA接口网路层次结构显示所有三个互连的网路。 PDN分析将产生包括VRM的复合网路的结果。 GND网路现在包括所有三个网路的返回电流，这三个网路使用公共的GND层形状。

" K6 K! s8 q- c9 ~" P1 k( T
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1 w' a/ A  H) _( y& ]+ i" c" x  _可视化同时多网路PDN分析
9 Q( _. u( B" ], Q  U+ [
$ ^/ ~2 G6 \1 n- s$ G注意：该三个示例都使用SpiritLevel-SL1设计。 一般情况下，这些文件可以在altium Designer安装文件夹的目录地址找到：C：\ Users \ Public \ Documents \ Altium \ ADxx \ Examples \ SpiritLevel-SL1。

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串联电源网络连接