PDN分析及应用系列三 —— 案例2：串联电源网络连接

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8 b, [; y% S( e2 H) H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。

$ O2 d* S2 X  ?0 g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。
& r% u# H% P9 ]* Q- _9 z! {


7 ]: h8 M( _/ U' q; O原理图电源网络

DC网路设置
8 u- _- F# e. A7 T% Y4 y1. 选择 File » New Simulation。

2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。
  I7 T! P3 W8 z5 f2 G
- [- ~+ z" \# n) J+ A/ _3. 添加Source 并设置为 J1。

通过串联元素扩展网路
; Z* F" @( q, i; H! G; ~1 r$ w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。

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）。
7 @6 J8 Z) x& o1 D! T3 R
5 R  W9 @( t3 }" f5 W$ p- m3.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。


  J3 l3 ?# Z; W4 b; W
9 M+ l; r0 Q% P9 W% B( ~扩展电源网路
8 f, O8 R0 U( }5 Q
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”。

! T% I0 u4 |8 Z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。
; J1 C0 ]& F2 z) d
5.将 In和 Out终端的Refdes设置为F1。

6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。
8 {9 ?0 y2 f+ i3 r. o- \" P
. u) x# W& i6 j0 x. ?; I' a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。
' j6 L1 A0 m3 }  h0 ^8 L" W
7 p1 c8 E3 ]* A0 ], A
% Y( h4 v' p6 a* O1 o3 F. u5 k
- D2 h) B9 t" n; [: g, A定义串联元素的属性
/ b2 N3 n5 S/ C/ N
7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。
( B0 b6 ?& D. _; I
8.选择5V电源网络。
( g2 w& x4 L3 `* z


8 d3 N% X5 k2 H  L  N; K扩展NetD1_2网路

9.双击串联元素Series Element 2。

10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。

3 ]# J4 X% i' t9 D3 g% `; `11.取消选择 Group Pins by Name。
' p- u! S) m, u2 F, w
12.禁用 Pin 1。
5 L, ]; F+ U3 c! e) c
13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。

  U% G* P2 F: t( m/ }' a

7 M: k& U3 I; m8 c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。
; ^* W: Y7 ~- x4 B' r- x& c
14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。

# G3 T. J0 l; M. I7 u4 t8 b/ c, h15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。


6 _4 I! L: O+ v; S
4 `- ?% y& M7 B添加LCD1负载到5V电源网络

16.开始分析。
: @* R) a' n; J
4 G7 |. {$ G: x% h+ h9 V* I

  u/ m; }/ t& s( b1 u" I6 Q, Z同时进行多网路分析
* C/ H6 V+ S# }% k: b' G2 _
包含电压调整器模型
0 r* U- @2 n' n9 v- k1 JPDN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。
5 ]- |0 p9 A7 l+ y- ^- j+ J  L) z( J
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。
. G0 Z' A. T/ N( f( ~. d" F
+ i9 m8 G8 N7 C5 g' i* B/ \
; _+ a  `' _. c6 H
项目线性稳压器
! j; {6 m6 Q- [: L
1 y: z! L! F. u# I' {. f1.向5V电源网路添加负载。
5 b7 g2 {" i. G5 `$ P
2.在“设备属性”对话框中选择VRM (Linear)选项作为 Device Type 。
  n6 u# r7 G9 X& O# ^
7 }3 K* F' ~$ D8 n5 C0 Y% k1 l; D3.将In 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为5V。
7 f4 y  x+ q. F& K( X. U: O, l
4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。

. }7 ?# G9 D" ~5 n6 u" t2 x2 c5.将Ref终端Refdes设置为R14，将Net设置为GND。

! ^% a! P5 C7 e* j) Y6.最后，请将Vout设置为3.3V，然后单击“确定”。



+ J1 T, V; O4 k: @; u8 _用于VCCO电原网路的线性VRM

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)。

( G- X2 w$ X# U$ N

从VRM创建VCCINT
5 n; l2 a7 a1 e, [" r
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。

) p$ c1 a* w, G+ G7 [1 @1.将负载U1添加到新的VCCO网路。

; B# R$ V+ ?& S8 h2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK
! Y3 i( g9 |1 ]. R/ G9 m% V
; H9 V  u- r/ ~$ X$ D- f0 L
; P0 S! O: u- V
& K, b  k  x, D3 b向VCCO VRM添加负载

; S* T& W$ _, Y6 v7 G. E. X' C9 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）。

7 [. v3 P  i  G) @" i+ h

7 j; f8 y# w% |: Z1 C; q+ ~/ {6 e网路块图概览

; C" r8 E1 ?- [- _# A, c! N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。

+ c8 n9 C1 L. E, c" @5 o

3 }, b0 z$ J/ G8 d第二个电源网路线性VRM
" G/ M  n' Z( U. G
4 _# D3 D/ I" K' B! I1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。
+ M  O% G3 G( o; A  m
5 P  V7 {7 M; i# m; V设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。

  h& m, t/ b3 Q, K2 s: G) b设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。

将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。
+ a. W5 r( k) i" c/ o8 m* n/ }
将Vout设置为1.8V。

3. 完成VRM，单击“确定”。
/ u" @) g9 m( `: z# {: G: Z


用于VCCINT电源网路的线性VRM
' S* f  n# H" M7 |& K
  a, G( A9 n: l# L4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。



, O, L# @6 d0 Q/ y创建VRM的VCCINT

4 Y# p& g, J: D5.添加Load U1到VCCINT网路。
! o8 f  l) `+ f/ M
% J; [) [$ e" t  `% f( s) e6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。
; H1 f+ ^! m7 Y# w( g


添加一个负载到 VCCINT VRM
8 S2 v$ ~8 d, n
. c! u$ k8 N+ M! [3 s7 D3 B+ g) A7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。

! _. E- e8 ~5 y
1 Z1 R; j2 A, }
同时多网路层次结构
( ~1 R1 w0 M) w! O' S& D
$ X; j0 L" ]0 D( j& U' f8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。

3 Y3 M( V$ T: |+ g+ n- ~9.将文件名保存为 Example 2。
" ^5 x) m' r, u% }6 l+ |0 j
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。

# v; P; t' r6 o

保存配置文件
# q6 M1 `" ]# `' F# H
3 q: t7 O8 Z, s4 M) g' J10.启动分析。
9 Y$ a9 W" y& O; M$ L, Z
4 |6 Y1 S. y5 [9 M/ MPDNA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。
9 K5 |# L, w# a' g7 z

; ^: X# h) U  Z. s9 S3 z
可视化同时多网路PDN分析
& Q# `6 S9 @8 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