PDN分析及应用系列三 —— 案例2：串联电源网络连接

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) w% p7 G; n4 z6 q0 y1 g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。

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。



* W- i* L5 t. \) Y" ^) A; a9 [原理图电源网络

. ]8 U3 f7 s5 i: Q5 S; a+ BDC网路设置
1. 选择 File » New Simulation。
* V2 H  m$ i" U3 i9 H1 e
5 I) {' O/ R/ u" S, T0 A; t/ P! x7 S2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。

3. 添加Source 并设置为 J1。

通过串联元素扩展网路
2 X& |# {$ n4 K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。
# S6 D: o! z9 F. G9 s
* c6 Y$ |( X* R8 p: \: L2.选择NetD1_2网络（桥接F1和S1的引脚3，及二极管D1的引脚2）。
; J% q+ a5 K- V6 c- D
( A* h/ v5 `5 }  @2 d& I3.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。

1 Z2 t9 m  {. s# @+ o1 H
# i1 E/ z# j% X8 \( i
; [! d5 O5 c0 w8 D) i) @3 h. C扩展电源网路
3 S: m# c. `; n& y
. Z- q, c2 X& M2 ]' ^3 q- w4.双击“串联元素1”以在“ Device Properties”对话框中指定连接“ connectivity ”和参数“parameters”。
; R2 k$ p* C5 e0 X: b
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。

8 ]3 i7 v* \6 J% b  _6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。

8 a1 V" z( s% j8 @7 k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。

+ H, q  [  ^7 F2 _0 K1 H" y
$ C+ Z+ P# E# w; d% L! c# T. }
9 s/ p* A- O6 N) G; d  m定义串联元素的属性

7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。
. W" V* i* v8 |5 X7 S
2 n- ^. r5 v( z! M8.选择5V电源网络。
. e" t) I6 ^+ @( ]
: K; G. c: i! U
& J2 s. h7 u# F
6 ?( H3 T9 [4 @; V扩展NetD1_2网路
+ F# F5 N) ?7 r) i
2 E+ m3 t1 v0 f. o) K- g9.双击串联元素Series Element 2。
1 ?+ n) L9 n6 m4 [/ o! @; y  y
10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。
- _2 q! w( v% L9 D# J; ^, l9 @
! Y7 j3 `! ~6 z  o5 v- r$ `8 K11.取消选择 Group Pins by Name。

& P( P$ D  I6 w' z7 C12.禁用 Pin 1。
9 v: V2 q& e0 s
13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。

- ?4 ~5 C; y( ]( b( B8 d+ W' S
1 r0 w3 k1 P  L- a& X% C( u
添加串联元素2

/ a' h0 G  @1 g3 ^# X( M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。
. t2 ~9 G2 a* \: u8 h* W
9 e/ E& A7 w. z& f14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。
( _  x  u8 U( ^. R
6 Z1 L1 ^5 ?; H2 x& ^. `15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。

% N) e& c, {: G9 V2 l

) \3 B3 D9 U# K! z$ g3 h添加LCD1负载到5V电源网络
. i/ j( H8 f* f/ G- J( z# x" n8 J
6 D5 j' k7 ^/ E/ p16.开始分析。
' @) q( ]' H: @- s- w5 E

: Z$ y. A, D+ _8 k
! x- ?3 w4 {& P& T3 u4 v+ q0 }同时进行多网路分析

$ U! J, _/ ~8 H6 @包含电压调整器模型
7 p4 D& E) ]. {, sPDN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。

9 I+ q* u# t" i! k+ aSpiritLevel-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。

) {3 G1 Q  u* j) G+ n$ ?. c

项目线性稳压器
, Q* b/ E/ @0 m6 E6 G$ {) }
1.向5V电源网路添加负载。
! f+ n( i8 O( W6 W0 n
2.在“设备属性”对话框中选择VRM (Linear)选项作为 Device Type 。
6 ]% c9 r8 V# ^+ k
( m9 {$ O& F8 q2 J& w* E& Z4 W3.将In 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为5V。
$ I1 `' R1 U3 r, J' d0 ?9 e
; w) e  Z2 D% n' f! s4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。

2 A( p' ^9 f+ q. {: o" Y% o+ T5.将Ref终端Refdes设置为R14，将Net设置为GND。
. q5 {6 g4 B2 ]. a) v. ^; M
6.最后，请将Vout设置为3.3V，然后单击“确定”。
- o9 a& J* C$ o' f
8 j% F8 n# B1 D& W% h6 S$ G
; ~/ t/ k% O2 ?4 @. g1 K7 S
用于VCCO电原网路的线性VRM

  A' H$ U( F) H4 S1 Q: b) r7 o7.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。
8 [) d7 g9 g2 @' {* |& s% k
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)。

$ w6 p7 D  w6 @* L5 g
( B* \* j, d' F  X; q2 ~
0 k/ w1 q+ r! P从VRM创建VCCINT
) \" C/ G4 t, J) `9 L
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。
, k* `) _- Q7 \3 z+ ]" w
/ x- z! C0 R, d% X1 A5 p1.将负载U1添加到新的VCCO网路。

  u" R' Q4 T9 D; H2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK



% W/ R8 I1 W# F! d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）。



网路块图概览
- V0 q$ ], F4 z9 J2 v5 w* G
% E: |5 k+ D' _& Q. [8 G  U. e' c同时进行多网路分析
+ l$ H; I2 _8 R; vGND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。
% }) n  D5 H/ l' A: e
7 }4 ?/ }! D# R; J6 y) C3 O7 D7 X

6 r& R6 S$ }: _1 Y第二个电源网路线性VRM

1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

. A# W6 }) O0 w! W4 @5 x2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。

3 p7 g9 c4 B, t7 }8 g9 x设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。
+ @' s" j% Y% o/ H  g
! Q; B5 `, U4 g+ i4 D设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。

& l1 Y! ^6 \1 s! M; ?& |将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。

将Vout设置为1.8V。
+ b. @9 o  T8 s; Z
3. 完成VRM，单击“确定”。

$ S( b$ E, S* d+ n' i
1 t. z& W  L+ z
用于VCCINT电源网路的线性VRM

4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。
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6 A- |4 ]) k+ c. Z* ?
, O0 b  ], h! H& |1 w3 e! _
创建VRM的VCCINT
& \' b" W( N; q- @3 q
5.添加Load U1到VCCINT网路。

6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。


/ Y+ O0 y5 W4 y) X4 C; r- K6 N
, B/ m. r% O" S) r% ]添加一个负载到 VCCINT VRM
( D# t8 b# s7 m, l
7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。

& F; J; K" M& B
+ s6 F8 l- @/ C9 }2 j2 \- |* Y$ w( R% q
' X8 M1 T3 j* f' i# J9 V& c, v, J同时多网路层次结构
4 T$ Y' V4 Z- ?
8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。

$ k5 k6 m1 n+ x  M  x! |9.将文件名保存为 Example 2。
0 C2 H7 h  y# r% V. O6 R5 a
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。
( H$ E% Z6 x5 ^  v+ d
6 J: z: p9 K) \( d1 m  a0 S4 }+ C

. [! T. ~- @- C0 U* K3 y. h保存配置文件

) w3 O2 e" C7 s: J* y' ?10.启动分析。
4 P- V/ x7 j$ C# {! j. I9 I$ G/ r
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。
# ^5 v% }( @4 e& t1 [

* T4 V" A+ }' T; E5 M* b
6 x9 L% p" k7 ?8 o% Z. {可视化同时多网路PDN分析

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