PDN分析及应用系列三 —— 案例2：串联电源网络连接

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3 V( x7 t- l2 O; m; k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。
+ t# O" @3 A# T4 |0 I
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。


2 E  O4 K9 R( M' L- q- X0 B
* @0 s# C4 s6 G" d: e! _8 k原理图电源网络

DC网路设置
5 X* p( ]  s5 y! ]" z1. 选择 File » New Simulation。
8 u# ]4 |! ?5 H6 G4 [) J- V$ C
& J  f; x) U* \; ~- n2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。
/ a6 v+ L/ V: _
/ J' J6 a* X  K: A3. 添加Source 并设置为 J1。
( C0 c& p( L$ \) c' M0 Y
通过串联元素扩展网路
. d  b) W  Q, Z( N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。

1.右键单击PWR_IN网路，然后从上下文菜单中选择“Extend Network”选项。
6 L+ g* F/ g. Y  \9 o3 x
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）。
% B& e! Y& {9 m4 v2 P1 f
3.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。



2 `. Q) d, u" i- ?+ h% J" R/ K% L扩展电源网路
0 I7 L; P! A: }* V+ a% a8 u
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”。
8 m$ R* F# u( r+ ~! ~! }
* O2 @( |: F4 ~) \: f8 G7 N4 `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。
$ \! x0 |$ |3 q5 R$ _; ]
5.将 In和 Out终端的Refdes设置为F1。
( u8 l  K! u# X  @5 I
6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。

7 i3 L! Z! h" x' l1 k7 B8 j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。

9 O+ p, O8 x5 @1 @0 O4 q

6 k* y" j1 }! O$ f, D% K. _定义串联元素的属性
% O6 ]) N- f9 d  T7 T7 p+ _/ w
- K1 }2 f+ ?+ Y1 h0 O& J7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。
$ p: k+ k: q$ I
8.选择5V电源网络。
* q# y& W4 u5 b) A


扩展NetD1_2网路
3 e5 k. c  |! ]  l
# J; d0 b* q9 X# T3 M' _8 h2 D& P: K9.双击串联元素Series Element 2。
2 n# n" T* y4 q% J4 `
10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。

  O( y* N: \/ h11.取消选择 Group Pins by Name。
1 N* c5 j! {7 m1 T: G
2 L3 m( U2 }% z12.禁用 Pin 1。

9 u2 `5 v- i3 U" N. A0 l13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。



: s6 W. Y& Y& r, [$ r添加串联元素2
0 G, N# ]- _; u# }$ f
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。

5 Q. [$ D( ]% t' c5 L! @8 C14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。
$ y, P( ~8 e. @
: v# c1 m4 D2 Z* c# `# M" x1 H15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。
4 d. [) H. c$ Z8 U. S6 k0 R! G4 Z

: X. {" F/ i$ p
添加LCD1负载到5V电源网络

7 l! U) K$ o% n& @16.开始分析。
" y- C+ l! u2 r  q9 V( O

! S- z3 J% Y: L; y1 L  p6 H
同时进行多网路分析
- o+ G% u3 B/ n
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。

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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( F# a, l0 D, n1 `$ j
. G1 [) [1 {9 @! _- }. P
0 ?" U- y" Z; _6 ~+ y: e项目线性稳压器

8 E; {/ k% A& L# G" Y& U* \1.向5V电源网路添加负载。
( {2 e1 b! Q: ^7 |
' Y! D  Y( ], m% T8 _% j' ]# x9 f2.在“设备属性”对话框中选择VRM (Linear)选项作为 Device Type 。

+ C8 L+ r9 G8 H" s3.将In 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为5V。

4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。
9 V) b5 K+ Z2 ~+ H9 m
; B  n1 D  \+ q5.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”。
; `7 Q9 v7 [7 ~4 ]8 g8 u8 g( D3 U

: M6 M5 T7 m. S( L3 e: @! i$ ~
用于VCCO电原网路的线性VRM
) y$ x. s1 z" O4 F
8 ~1 x, f8 Y4 C, a' ?; h# ^" H/ j7.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。
% n3 F! @( b) m5 w; W  Z7 M" f
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)。

  m( }" @$ j7 p& E" r6 C2 B" C
: t1 U3 a0 z. E- I9 y* o
从VRM创建VCCINT
7 e6 v( L1 u" a4 e* b
0 i; F/ A2 }' t# Y( x; n" J& y$ x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。
- N3 n3 D; c) V7 \3 _) B9 p
1.将负载U1添加到新的VCCO网路。

2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK

* c, f' d+ t, S  E9 E

向VCCO VRM添加负载

" u0 o3 O$ p( i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）。


+ y* [0 @% Q( E. D$ J. \
0 u+ r* h8 q8 f1 t( @网路块图概览

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。

. Y/ \. y8 H0 s7 T/ a& c
" A8 H4 |7 u0 I( P! W5 F
: m& J$ w; Y! w) [% A. _第二个电源网路线性VRM
; ~- F& [  C$ N2 K$ |
1.单击网路模拟设置，PWR_IN。
$ p4 U$ M5 D/ O( T) Q) }
; C/ p9 N4 T% z  O2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。

0 z* J7 K! M7 W6 i设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。
) ~6 l1 @+ ^$ P5 F9 u
设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。
. d% E2 [; K$ C
将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。
# X4 R1 i/ l3 r. `$ o' W
将Vout设置为1.8V。
3 ^1 l* C$ [6 S
3. 完成VRM，单击“确定”。


: r5 ]: I; X6 C" u  Q! b; c
用于VCCINT电源网路的线性VRM
8 l# I1 ]- s3 ^1 }+ T
4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。

/ V. O  R# ?# Z6 w1 l

创建VRM的VCCINT
; [$ @8 w( j; L8 a' _& d0 ]4 r
' g0 c/ L! z. Z. _9 t$ U4 }2 e) a5.添加Load U1到VCCINT网路。

* y4 i8 k) j: I* i7 L: u1 I6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。
  a! j7 K8 c% i% X5 l6 k4 q


$ L( x/ Q7 l2 r0 ~添加一个负载到 VCCINT VRM

+ ]) O$ w' r7 T% l6 f$ f6 l+ a7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。


7 ~  y! ~4 u4 u1 m" ~+ {" v2 }
同时多网路层次结构
: r6 r$ z' m3 [) V( N; P8 Z* P
/ D- K' g; g. z, a, }, u  c8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。
3 _- n: D. _' _+ Q" i- D6 q1 M
9.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。
& Z2 I; ~7 K! r

; N  a2 w5 s6 w
) Q& [; T/ q8 a0 W2 ^  ~保存配置文件

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。



) f" ^6 {' c( p. s- ~可视化同时多网路PDN分析
6 @% x$ D0 q/ C/ ?
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