[SI-LIST] Re: Ground Article

  • From: "Lee Ritchey" <leeritchey@xxxxxxxxxxxxx>
  • To: <corley@xxxxxxxxx>, <si-list@xxxxxxxxxxxxx>, <si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Wed, 18 Jan 2017 10:42:44 -0800

Well put!

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On
Behalf Of Chuck Corley
Sent: Wednesday, January 18, 2017 10:28 AM
To: si-list@xxxxxxxxxxxxx; si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] Re: Ground Article

... But noisy power supply rails (feeding digital
circuitry) will not do you well when they also feed sensitive analog.
Thoughts: 

Agree with you 100%.  Clean power supplies are critical for low-noise
circuits.  For 32+ years I've designed sensitive ADCs, DACs, amplifiers and
other analog and digital circuits in measurement instruments for HP,
Agilent, Keithley and National Instruments.  When we've hunted down noise
sources on sensitive circuits it's usually from the power supply,
or from external noise coupling onto the power supply.    

Basics:  Typically for feeding ultra-sensitive analog circuits that want
very low noise levels I follow a switching power supply by a low-noise LDO
(Low Dropout) Linear regulator.  The voltage output of the switching supply
needs to be high enough to accommodate the extra headroom needed
by the LDO.   

- In addition to using an LDO to reduce power supply noise, there are also
special LDOs that are specifically designed for extra-low noise
output.   

- The LDO should be far enough from switching supplies (and their
surrounding input and output caps and components) so that the switcher
circuit can't couple noise into the LDO circuit. 

- In extreme low-noise cases separate smaller LDOs that independently feed
separate or isolated RF/analog amplifiers or ADCs/DACs may be required to
isolate noise between circuits.  But ... be careful to not go crazy and
start doing this extra-extreme level when it's not really needed. 

- Once you make the supply clean, keep it clean!  Don't put noisy digital
circuits on the same supply.  Don't run that clean low-noise supply on a
plane right up a few mils under another noisy power plane on an adjacent
layer that could couple noise into it.  Etc. 

Split planes: 

So far I still haven't seen a side-by-side comparison where split planes
actually helped (for cases when the board has actually implemented a SOLID
ground plane).  Typically I see split planes used for isolation purposes and
then later they find it didn't help or made the noise worse and then went
back to solid planes.  Just because someone's done split planes on a design
doesn't mean it actually helped.  ;-)  One of the side-by-side tests I saw
done was when I was at Cisco/Cerent, after measurements showed the noise had
actually increased by splitting the planes they also went back to merging
the planes back together.  I think split planes don't usually help because a
true solid plane is an almost magical thing, normally it's low inductance
makes it hard to accumulate enough of a voltage drop to create significant
high frequency noise between points on the plane.  To be clear, I think it's
possible noise could be generated across points on a good solid plane, but
it's fairly hard to generate enough noise to cause a problem if it's a truly
solid
plane.   

Now if a plane is NOT solid (one example: Under BGA ICs where the ground
plane has been eaten into too far) then it's not too hard to get enough
voltage across the ground plane to create noise in sensitive circuits, and
that's when people I've talked with said split planes helped.  But I think
split planes helped in those cases because they didn't have a truly solid
ground plane in the first place and that's what actually caused the noise
problem. 

Chuck Corley 

National Instruments 

On 2017-01-18 08:50, Kevin G. Rhoads wrote:

On 1/18/2017 9:16 AM, Istvan Novak wrote: 

in mixed-signal boards and on some boards where naturally very noisy 
circuits (like high-current DC-DC converters) have to coexist with 
sensitive circuits, like SerDes, PLLs, etc, splitting the ground 
plane between the domains can improve the isolation and thus improves 
performance, as long as we make sure that we dont create SI and/or 
EMI problems by crossing the splits with signals that otherwise need 
a solid reference.

First the disclaimer -- I mostly follow the SI list to learn.
Next the other disclaimer -- the board I speak of is a one-off for 
university research use.

We had a multi-use board (i.e., K101) for instrumentation support on 
sounding rocket science flights.  Among other things, it digitized 
three axis analog magnetometer data and formatted that to feed by 
synchronous serial to NASA telemetry.

Four layer board
16 bit ADCs
10 MHz synch serial channels (NASA WFF 93 standard) SOLID ground plane 
Nominal +28 from NASA batteries through DC-DC for +/-12 and +5 in box

First gen used filtering -- digitized channels fairly noisy -- even 
though the +5 was decoupled to death -- distributed decoupling across 
the board -- both electrolytics and 0.1 microF-s

Second gen split the +5 supplies -- generating one from +12 via LM7805 
and that one supplying the ADCs and +5 op-amp front ends.
MUCH less noise

So -- the SI issues are truly serious.  I have nothing to add to that 
except solid ground plane with separate power supplies can work well 
in some situations. But noisy power supply rails (feeding digital
circuitry) will not do you well when they also feed sensitive analog.

If anyone wants to see the details (links are "public"):
Cascades 2 board photos
https://www.facebook.com/kgrhoads/posts/4915482088395
Cascades 2 instrumentation
http://www.facebook.com/album.php?aid=2050033&id=1338500958&l=c23c77ba
e3
Cascades2 schematics
https://www.facebook.com/media/set/?set=a.4916478913315.1073741831.133
8500958&type=3

Sincerely
Kevin

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

------------------------------------------------------------------
To unsubscribe from si-list:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'unsubscribe' in the Subject field

or to administer your membership from a web page, go to:
//www.freelists.org/webpage/si-list

For help:
si-list-request@xxxxxxxxxxxxx with 'help' in the Subject field


List forum  is accessible at:
               http://tech.groups.yahoo.com/group/si-list

List archives are viewable at:     
                //www.freelists.org/archives/si-list
 
Old (prior to June 6, 2001) list archives are viewable at:
                http://www.qsl.net/wb6tpu
  

Other related posts: