PDN分析及应用系列三 —— 案例2：串联电源网络连接

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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。
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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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原理图电源网络

DC网路设置
- W1 W  P, u! @, M$ l# o# Q% |0 l1. 选择 File » New Simulation。
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2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。
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+ G) R* M" n: H. y* {, f3. 添加Source 并设置为 J1。
; F1 D" f1 M( h+ K4 S; N. ]' k# X
通过串联元素扩展网路
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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8 ?6 A9 p) y4 B9 H% e5 L" c2.选择NetD1_2网络（桥接F1和S1的引脚3，及二极管D1的引脚2）。
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" `4 J2 w& ?/ ?' L, {: c1 G' k: ^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。



3 Q* {( V# d1 N# @扩展电源网路
" G/ d1 J7 X  E5 s0 r
! R' z# j3 \' M7 L4.双击“串联元素1”以在“ Device Properties”对话框中指定连接“ connectivity ”和参数“parameters”。
* t5 _. a( A  O% i8 i' f5 s
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。

5.将 In和 Out终端的Refdes设置为F1。

* x4 W3 h* ^; q6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。
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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。


+ q! C9 [3 G! V# M! A  K# t1 c! a8 |
定义串联元素的属性
* V" P4 E* W; g( r- i
/ `) p2 _, ]: o3 |! j7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。
* U$ j' F/ y8 [3 F/ h  z5 b$ K/ m
" V' ?% b# l( b& B# l0 Y8.选择5V电源网络。

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4 n1 i* U% T/ X& {+ a- |6 f/ S5 C9 f
0 H2 D7 Y% D9 s2 _7 W, O9 `6 Q扩展NetD1_2网路

9.双击串联元素Series Element 2。
# d# Q% b7 `5 {" X. O" m  [. |
  A2 r* h9 N3 K  ?. W6 Q! @10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。

11.取消选择 Group Pins by Name。
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12.禁用 Pin 1。
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& G& L8 ]  x. {13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。


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. k2 U# X/ N, ^5 M$ l' g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。

1 |% Z  j" ?& [14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。
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3 Z# g% E8 E, L0 E, u  m  H15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。
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, z5 F- R6 T# o5 I( H. M添加LCD1负载到5V电源网络

3 A  [9 H' K  }5 ?% ?% @16.开始分析。



同时进行多网路分析
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包含电压调整器模型
) i$ H7 Q6 t! g: X' Y; BPDN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。

; c, j. F. ~4 T9 N% eSpiritLevel-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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$ R0 D* O. j% E1 v
( A% [( W. s0 L/ J7 p' ?& d
项目线性稳压器
, T8 y* U3 P4 T" F2 ~/ J/ |
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 。

$ j2 A1 f6 J9 J3.将In 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为5V。
/ g7 e# ?" n) T
  _! s& C2 U! ^2 d9 A4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。

5.将Ref终端Refdes设置为R14，将Net设置为GND。
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3 c* Y* H) |! B5 ~8 m6.最后，请将Vout设置为3.3V，然后单击“确定”。
4 P) S5 w1 p' z2 \% {& J, T


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。
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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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1 s! |* {5 |8 P: w从VRM创建VCCINT

5 h& r" y& ?; ]1 }) i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。

1.将负载U1添加到新的VCCO网路。

, K# {, a9 b) E2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK
) X+ v0 m/ r) b1 Z& f+ Z& r. ?
. ~0 g- h1 E) P, [; y; O" d
% c) T0 }. D+ J5 u7 V4 x8 o; L! H
向VCCO VRM添加负载

% }. I8 C; u" p2 L# o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）。

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/ h4 J/ a1 k4 Z1 V) H( k( ]网路块图概览

, H2 E. Y9 ^' t$ Y9 b/ A# M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。



第二个电源网路线性VRM
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1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

8 N7 p% k' {  q9 ]# V9 V8 J2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。
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设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。

设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。
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将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。

将Vout设置为1.8V。
, I6 ]0 l$ n' I8 r/ M0 _
3. 完成VRM，单击“确定”。
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用于VCCINT电源网路的线性VRM

  j5 Z- R) j0 R! E$ \3 o7 O4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。
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: N7 G, y4 P& F4 Q, F3 o
* P, T" P" ~( `* F
  B+ U. K. N7 v1 ~创建VRM的VCCINT
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2 z" m9 X- D9 {5.添加Load U1到VCCINT网路。
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6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。
: {2 h5 H+ `" F1 n0 C3 F$ v; l
/ s/ G$ b' {; G* d. w7 ?1 [, {% }
3 c8 ?% @# R3 P  m  q( t) f; R
添加一个负载到 VCCINT VRM
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7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。



1 q% _& I# r( b6 W& b5 Z5 {2 q- l同时多网路层次结构

8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。
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9.将文件名保存为 Example 2。
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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。

; y: ]  P+ v0 X
1 F, d, o7 k3 Z& g) q/ \0 ^5 i
7 |3 s0 A5 b! A  R& t保存配置文件

10.启动分析。

- k$ m( o. n, c1 [1 r- TPDNA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。
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$ }! M( X% j# k9 ]  s1 s& }
  P& I  S. O, T, T
可视化同时多网路PDN分析
# G8 K6 M# P# r6 W" e, y+ I
( U9 ~% Q! y2 i8 h( s- X9 P5 o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