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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6 X; L, j3 Z4 J+ h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。
1 e% l! `! r* S7 }

6 [! I% N8 x  h" Y1 C* M' O. I
& T4 n& I2 w, `9 _; X原理图电源网络

$ I# K5 H" D5 j+ e* w* G% _7 TDC网路设置
; c/ t; ]! k4 D- |( L1. 选择 File » New Simulation。

) k% y: @8 e- E6 q2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。
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3. 添加Source 并设置为 J1。
* `8 ?/ [& g, A) X! y5 t4 a$ I1 C% q
* W8 ]5 ^' k' T" m通过串联元素扩展网路
: }$ v' U: G& T5 _/ q# n7 J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。

& N/ d8 O; n4 Z" d( i3 Z$ D2.选择NetD1_2网络（桥接F1和S1的引脚3，及二极管D1的引脚2）。

& u; j; v  t, A  z9 s3 s9 ~5 P) l9 T3.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。

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* ]1 ~7 R3 ]$ H  Y, H
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”。
% z. e6 u+ m) d2 l- }+ T+ G! S
" r5 s1 q: P, o* C8 H- B* ^* Q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。
, Y# g5 Z0 I$ P1 W; @: G
6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。
; w# @* w, y. x2 x
! y) g9 K! u) k6 W  S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。
% F1 T) V( e3 j, C; @/ F
, {: J" u: U9 U+ D6 u+ C6 S7 n6 O: e
0 i4 P; w! D# r; B
2 S' X( w) q' i6 a定义串联元素的属性

# m% i: h) I5 @7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。
' A- c1 z/ T9 D
* ~& E1 `# m- z3 B4 \* t8.选择5V电源网络。
5 z8 f7 n- |& b$ g2 S, `2 n( Y) y
9 M4 i" R* W' N+ g7 S0 n4 n
; i, \: U0 r" r6 D
: c0 k% {# v( J: D扩展NetD1_2网路

9.双击串联元素Series Element 2。
: z2 g3 @6 j% s$ R7 m4 ^7 d
% z# C6 R# X% s10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。
! l2 O+ K' L# J7 |. H& r
11.取消选择 Group Pins by Name。
, |. W! {# A9 ~, w# t7 u2 T
12.禁用 Pin 1。
# X' f' U; V2 Y  \8 h7 D4 }
/ \7 ^2 C4 ~  c' `0 ?: V. e0 |13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。



1 R: W- ]  d2 `' v& q3 u添加串联元素2
+ {6 `" ~( `8 M3 j
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。
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14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。

$ L" a3 ?6 V' a: U: P7 X( p15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。
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) x) _4 ]3 r7 L' G
添加LCD1负载到5V电源网络
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16.开始分析。
; D% V( O4 j: w

1 j+ n2 f  z) Q
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。
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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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" |5 _' @/ r7 l& ^1 N0 Q项目线性稳压器

1.向5V电源网路添加负载。
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( S5 k& c+ S! H) }. W! D1 k" V2.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。

1 m! q1 _6 U( N! h6 J4.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。

6.最后，请将Vout设置为3.3V，然后单击“确定”。

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" t2 Z1 @  E" c9 R# M  C) q! @用于VCCO电原网路的线性VRM
, A+ A1 a: Z5 T) ]
/ p7 s# U9 r/ ?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。

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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- E# p% V, `+ C9 ~8 }" h4 o
; j( _* P7 U) f1 f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。
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, |+ w- {- n5 f# f) j" s' g1.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

( Z6 v7 E. |0 @9 g) c, W  {

2 E) e" w+ {1 q3 `: M5 L: }2 O向VCCO VRM添加负载

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）。


: ?9 A( V, w' B1 S* t' `: }/ x
6 m  W; B& _: R5 h, O+ Y) z* k& o网路块图概览

同时进行多网路分析
9 l& }6 s$ d5 P/ KGND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。
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; g, \3 d9 u8 m, {% X, @
第二个电源网路线性VRM

# b, Z) D* k, P* q8 D. k3 @1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。
: ~8 H$ k) P6 B5 b2 R6 E. ^
1 A  t6 b4 s1 X) A9 O设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。
- Z# i1 o$ W1 V
设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。
- ^0 J: S/ q7 i
) E) q( f: H4 h0 l' C& m1 r! r( v) K将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。

9 _, g5 z" ?' [将Vout设置为1.8V。
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8 u) P3 C4 D6 S% l) p' g2 u3. 完成VRM，单击“确定”。

' C: z4 k7 D! {6 n* f! c+ T1 Y& h. o3 Q
: [% B7 r* a3 g8 f
4 y" B( X0 x2 M. F& v& e% n用于VCCINT电源网路的线性VRM

) O! B+ H8 j4 E  ]4 w4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。
% F( n- a; a- z1 E( i& `
+ L! S2 y7 F  \

- r  w' `6 e# K6 u: b创建VRM的VCCINT
  O+ J9 O, p4 j) n: [% u, a
5.添加Load U1到VCCINT网路。
1 K1 \# U. I; |. s% E( [
6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。
9 L; r) p( R. H( o0 s
& m: H1 |5 G8 p: j2 H6 k: F. u  D

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。

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1 a. c- b6 k) ^
同时多网路层次结构
8 r/ l5 T7 D, o( }. I! x8 v* A* \
/ x4 T, v5 j! h. t) H% a- r9 z8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。
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# s. e. A; K* L. y: D; D1 x7 ^9.将文件名保存为 Example 2。
% n% M& ], `7 p- a' Q% [" Z
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。
# W5 U; q3 V& Z3 ~8 E8 p* U: S
0 B: K2 E; t$ P  e; v' ^

" f7 M) b5 j7 ^5 X& c5 R保存配置文件
5 n6 D% |# ~/ \1 u. O
. }7 w7 h( R& x- U; \7 }10.启动分析。

+ {& y) k% D- z: BPDNA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。



可视化同时多网路PDN分析
& _5 A) p" c9 t' F/ G9 e0 _8 p
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