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。
* A2 ]* A* `/ Z8 z. `
$ g4 A5 c- k; q/ P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。



' M3 r5 E2 u# V* u$ a2 M. o原理图电源网络

, ^5 N, U! H, NDC网路设置
1. 选择 File » New Simulation。

2. 设置< Power Net> 为 PWR_IN 和 GND 。
9 {1 F4 a. ?: b9 Y: f+ Z5 S
3. 添加Source 并设置为 J1。
5 p6 S5 t2 q  _. o) h# N8 R# x
- S5 K# ^, X: A8 q; ^! f' g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。

0 e+ m% _2 U+ R2 ~) _' j2.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。
' _0 t3 Z& I; j( h# j/ t
) C3 Z# E  k( z: B
/ ~1 ]: x' g, `/ @7 o, F0 y% g
2 r+ m; j+ b/ a1 h' f* O2 G; L( w扩展电源网路

3 J& H% l5 B, k; G& 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”。
% Z$ }& ^6 J( p$ Z) Q4 e
* W) d9 }0 l% @# H& t! b8 M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。
* Y, e9 N0 `* c! `+ ?4 }/ V
- ?& q& v* c4 q! F9 m5.将 In和 Out终端的Refdes设置为F1。

# V- Y0 Y- a( Y6.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。
" c4 p9 a: D% A" q% h; R
" k& }* P7 f9 v5 I, W4 y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。


4 g5 z, @. O- U, {  y
定义串联元素的属性
# S  z4 k% K8 M2 ~( N- w
8 o9 k4 J' B4 \3 ~7.右键单击NetD1_2，然后从上下文菜单中选择Extend Net。
6 {* I) H1 |  Y0 F3 E$ S8 d
8.选择5V电源网络。
# p; a  C  o/ r5 W1 D: q2 _9 d7 M
3 C; F  R1 C: E7 H
7 {& M, s4 u6 a( A. ^1 b) f( Y
扩展NetD1_2网路
! q5 V4 J! E, u* R5 _
9.双击串联元素Series Element 2。

! ]3 B# i& |/ P10.将 In和 Out终端的Refdes设置为S1。
( h7 O% j7 }1 Y, \2 q8 M  G
11.取消选择 Group Pins by Name。
0 G$ Y  M8 O' `& F
12.禁用 Pin 1。

+ M8 s3 t& N! V! H# S! J. N. T, Q: N13.将标称内部电阻设置为0.1Ω，然后单击“确定”。
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" [8 ]0 Q/ j% `! B
* |' A; w- y: Y! |/ ~
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。
* Q! y8 k- P9 T  o
% m) a- T* m; d/ ^1 W- Q" k$ b: R14.将LCD1作为负载添加到5V电源网络。
* }8 ]. E; O' R8 `4 S
  x8 A# G. t& C$ J% \  O3 t15.将Load Current设置为80mA，然后单击OK。
* d3 j0 d3 f+ J$ M- Z& e- F
- O) V6 s( n4 V- q

4 F) Z+ S, R0 U3 r0 G9 G添加LCD1负载到5V电源网络
) b1 F, r0 B2 k# d- q
" C6 C7 C0 I7 m- A16.开始分析。
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' m0 V5 p2 C" P% ?
同时进行多网路分析
* v1 F2 U3 s3 w0 t
2 M" Q; W4 t: g1 R包含电压调整器模型
. l* P  G9 Z4 `4 yPDN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。

9 ~7 k5 Z( U* k  p) S
- i! M* a7 d1 c; }
项目线性稳压器

; P  }, K( c/ {% b  ^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 。

3.将In 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为5V。
$ {; c0 D+ x8 ?
4.将Out 终端的Refdes设置为U3，将Net设置为VCCO。

& y1 n2 _  _6 o# _7 w- |' u" d' p5.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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- c7 v/ H8 N+ W# D- {
用于VCCO电原网路的线性VRM
- Z0 @. X# P8 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。

& `" Z& B( j/ \+ @  y" B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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, i: z! Y# M* ~- K
6 Z  P: z4 G0 {0 a4 F8 @; A9 v- ]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。

' W9 V4 F. N1 M& l1.将负载U1添加到新的VCCO网路。

9 `- x9 L- ^6 E2.将Load Current设置为0.2A，然后单击OK
/ N8 c$ U( a' s: C2 k
  m$ Q/ n. {6 Y  }; f
" h& G2 _2 Q5 f" Y, ?
6 I5 d8 [& m8 _5 M* \5 C/ E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）。
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3 Q/ G9 {0 F5 b0 v; O
5 ]. _9 c1 F( B  Z8 D. N- R网路块图概览
8 B1 N; F" m: R; _0 r1 l
" K+ T4 ?, W5 o8 o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。
6 V  R+ [' \1 x( g


第二个电源网路线性VRM
9 Y# {% x0 {! M, a
! J2 T/ l% d5 N1.单击网路模拟设置，PWR_IN。

0 c- H. }4 ~3 m) c4 |2.添加 Linear VRM到5V网路，参数如下。

设置 In 终端Refdes为U4，Net为5V。

% ]3 j1 ]3 Z0 Y0 t" Z设置Out终端Refdes为U4，Net为VCCINT。

" E3 M8 L5 O$ ^( E将 Ref 终端Refdes为R19，将Net设置为GND。
3 b7 {2 C3 f; ^( z# b, {
将Vout设置为1.8V。
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# z5 G3 C/ r, v0 w/ D1 J  D6 a3. 完成VRM，单击“确定”。
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' H& P" `1 `( j  B8 K& P: M! A! X
用于VCCINT电源网路的线性VRM
$ c1 ~5 E/ R, c3 g6 \; W1 V
: [$ a& P& P9 O4.添加VRM Load 3到新的网路以创建1.8V（VCCINT）电源网路。

% E. J# ~0 O3 Y: s( s, k) Y

创建VRM的VCCINT
8 d. I9 ^2 {; J5 q  F
, y% b0 Y6 x0 J5 N; b9 T5.添加Load U1到VCCINT网路。

" F. G6 ~+ P2 P6 }6.将Load Current设置为100mA，然后单击OK。



% w# u5 N9 _. z: M添加一个负载到 VCCINT VRM
9 h4 a, I' I7 Y$ J
, j/ p0 `4 V. s! l! d7.右键单击网路模拟设置，Unnamed simulation(1)，然后选择另存为 Save As。



同时多网路层次结构
! w$ a2 ]1 V7 f1 ?- w
8.在项目目录中选择文件夹ConfigFiles_2.0。

9.将文件名保存为 Example 2。

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。

. Z9 f# s4 P+ C. L
2 f0 ^0 _- Z# M* E
保存配置文件
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10.启动分析。
% \0 Z; p$ }# d8 C; i1 A) ]7 f; N
6 \0 G9 ~* Y: @( N5 v, Q% ~' K3 VPDNA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。

& C7 [) {" r2 ?2 P( p6 n* L9 @3 Y

8 C$ d" |2 z; ^3 u1 A可视化同时多网路PDN分析

% B% @" {" [  V. u5 ]1 `0 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