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。

+ ?& X  a( g9 q7 m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。
* |7 T& D4 Y' Y0 ]0 ?# ~

' ]" a( B; q" u  O& M' M, V
原理图电源网络

. a1 s$ E6 \& @8 Y9 GDC网路设置
1. 选择 File » New Simulation。

2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。

3. 添加Source 并设置为 J1。
/ @: p' J' y( [& {
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。
- W& i1 }, ]1 {+ d! B3 }
1.右键单击PWR_IN网路，然后从上下文菜单中选择“Extend Network”选项。
# g8 B0 p; r8 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）。
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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。


% n& ]$ M/ R5 ~9 x
扩展电源网路
: `$ q; A4 J6 [3 {
# G: f  s) x6 G% B  }3 ?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”。
& V/ j. E1 f' K& q8 i! w0 i
. H4 y0 {8 X9 z0 e1 r& c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。
  l% m9 }' c3 @2 S( \& d# M
5.将 In和 Out终端的Refdes设置为F1。
4 u$ R( X1 F  z* A! q% ], n
6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。

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。

3 T; h, f8 v0 E8 N6 v
- c$ T' k, u5 o$ f- k
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。
5 W, n+ E. ?8 ^* P
8.选择5V电源网络。

: G4 ~& [; ]! B/ n# w8 d
3 B2 ^, s$ S; N- x" ~. b
扩展NetD1_2网路
* p- R1 U6 i& ]* D
+ {# ^5 q% W: U8 K6 G' S1 I$ `9.双击串联元素Series Element 2。
% A% x/ V8 \# V4 N
10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。
- b2 v0 _1 S4 x- g0 B* U- H
11.取消选择 Group Pins by Name。
$ _% n0 i1 g; A7 ?8 n
5 D6 ]+ \6 z: z12.禁用 Pin 1。
9 E/ y+ ~' z6 d# z/ B/ x* y3 A1 e
) L! r( C2 f3 _5 Q3 X13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。
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添加串联元素2
; O' E/ ~& I- O; U  ~! r1 Z# q
- A/ K2 D1 o% D6 Q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 i. X6 b7 n% w
2 M7 T" j& Y2 m0 F; n14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。
0 z# j9 s0 S! o7 o8 f* I* g0 ~
0 x8 j) |& l- |0 [% e4 h15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。
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0 M" k: k1 {  b6 d. y, A# F. t
! ?" r7 J* T2 ?( j4 e. y6 }$ _* K
添加LCD1负载到5V电源网络
& x+ p( w0 w) _2 i# W$ v  F1 t0 X1 u
16.开始分析。
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) [& b' A) w7 O, m+ Z9 u% j同时进行多网路分析
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包含电压调整器模型
- W9 W, p, I( M' h4 n+ S! `5 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。

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。



项目线性稳压器
" u  k" w( P8 \( S2 R$ N0 P
! ~; c0 D- P4 O8 r4 U1.向5V电源网路添加负载。
; T! ~& I$ L6 K
2.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。

* G5 p; m% l' L2 S" y4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。
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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”。
' M. Y* B; p+ `+ g

$ ]) |7 E/ y. E, Z, }
用于VCCO电原网路的线性VRM
. `* }' w0 q2 h$ l0 B8 S  T
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。
0 T3 {4 q' U1 P, T/ t' Q) ]% l
; s% A* C: J! c) @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)。
6 O7 R; s0 \- `9 X( \/ c

6 r% N+ v2 e( c" [) j" `
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。

1.将负载U1添加到新的VCCO网路。
! N, s. [/ E: ?0 x6 c+ R
. r! |  e( ^% ?, ]& f2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK
7 x9 t# a$ @+ w7 O) Y2 d: u
. I9 d5 c' z1 ~+ B7 ]
2 W# e# w- g4 D' V7 M
向VCCO VRM添加负载

7 Z* L/ |4 i6 [. R: _4 A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）。

; R5 j9 k5 c; A0 v; B3 ]. J  I
( Q6 E6 z( ~2 c0 q
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。

( J4 M; S. C6 e
8 P5 p, B, u5 O
$ ^- R! t! h- `. E. J第二个电源网路线性VRM
! A$ W$ k7 ~+ }# m- Z1 k7 V
1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

2 M: h$ d1 T8 J0 e0 k7 c1 R2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。
, k& m: b4 m! R. F
设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。
( m7 [3 d& u$ `( K1 j* N& }
+ t+ Y( w9 d. K' c设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。
8 l6 P! s& H( ~( O6 r- `: m
将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。
; A( r$ C' \3 u. p( t
( W) f1 G8 W% V( G" m将Vout设置为1.8V。

: M+ P2 d# a6 Q, Y3. 完成VRM，单击“确定”。



" n% g. x$ u$ O& v2 J7 t用于VCCINT电源网路的线性VRM

- I. f- W3 C2 B4 [8 d4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。
$ r3 ]7 h6 G' ~: X

$ H& h/ d/ R- H) K9 S
创建VRM的VCCINT

8 b; G7 s: G- I' a2 }2 R% O5.添加Load U1到VCCINT网路。

6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。
. `: H" N, Q" R4 Q0 }

$ N& U1 l, Q/ i" J
1 V7 [% O4 L& e3 N5 J, ^3 S添加一个负载到 VCCINT VRM

7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。
  Y# _6 L) ^6 H( k+ v


同时多网路层次结构

' c+ r9 b7 E6 w8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。
& e) S. i2 O6 B6 x" c, a. \
9.将文件名保存为 Example 2。

+ |+ B& B' ?) K0 a) b" c1 F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。
) m% ?' T; a4 `8 F

1 |3 Y9 M7 b1 a; S% Y
5 C- _  V2 t0 W4 D( d: L8 a- U保存配置文件
* ^% h  e9 Q% f( H" r
& t4 Y% b4 P+ ?  d1 N9 f" I10.启动分析。
+ z! y; m% s* u/ [9 O9 b4 X! r
( i/ K, I' o& d2 U) f! s' RPDNA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。



# l; b2 U0 K6 I9 f# g8 @可视化同时多网路PDN分析
7 p6 f( B. H0 K. [1 B+ K
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