[SI-LIST] Re: Noise coupling between parallel power planes

  • From: "Cosmin Iorga" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender "ci42775" for DMARC)
  • To: <jonathan@xxxxxxx>, <asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Fri, 4 Nov 2016 20:27:19 +0000 (UTC)

From my experience, rules of thumb are a good start but they don't fit all 
specific cases.  In my work so far all power integrity analysis and issues 
always narrowed-down to fundamental concepts: understanding from where to where 
the transient currents flow and what is the loop inductance of those paths.  
Since I understand that your application is on an FPGA, you may find 
interesting a technique that I have developed and published in two papers at 
DesignCon2012 that cover decupling capacitors optimization and debugging power 
integrity issues in FPGA applications.  You can download the two papers from my 
website http://www.noisecoupling.com ;(under the tab "Power Integrity 
Solutions").  Also feel free to contact me .
Best Wishes,
Cosmin
 
--------------------------------------------
On Fri, 11/4/16, Aubrey Sparkman <asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx> wrote:

 Subject: [SI-LIST] Re: Noise coupling between parallel power planes
 To: jonathan@xxxxxxx
 Cc: si-list@xxxxxxxxxxxxx
 Date: Friday, November 4, 2016, 8:07 AM
 
 One solution is to use a
 PWR-GND-PWR-GND configuration instead.   Then put
 Low speed (i2c and JTAG, etc) and static signals on the
 signal layer next to the power plane.  This configuration
 allows you to minimize thickness.  The FPGA core might be a
 good choice for that top pwr plane, it isn't going to be
 all that noisy compared to the 12V, 5V, 3.3V rails.  
 
 Aubrey 
 
 Sent from my iPhone
 

On Nov 4, 2016, at 9:26 AM, Jonathan
 Salkind <jonathan@xxxxxxx>
 wrote:

Hi
 experts,

Has
 anyone done analysis on noise coupling between parallel
 power planes?  


 Searching the SI-List archives, I found this note from
 Istvan Novak which
points out the need
 to consider the issue:
https://www.freelists.org/post/si-list/Power-plane-coupling,7

Dr. Novak writes,
 "One way to decrease the vertical coupling is to
 increase
the relative separation
 between the two power planes. This can be done by
either increasing the absolute separation
 vertically between the two power

 planes, or reducing the separation between the power planes
 and ground
planes, or a combination of
 both."  I already practice this when possible,
but there are times when some coupling is
 unavoidable.


 Searching online, I found this whitepaper, but it didn't
 really get into
practical design
 aspects, or variation of plane separation:
https://www.cst.com/Content/Articles/article874/CST-Whitepaper-Analyzing-Pow

 er-Integrity-Issues-Power-Plane-Interaction.pdf

More specifically: 
 In a multi-layer board, I often need a four-plane-layer
stack of GND-PWR-PWR-GND somewhere, using
 1oz copper.  Obviously I want the

 PWR-PWR dielectric separation to be greater than the GND-PWR
 separations,
but how much greater?  My
 PCBs are often limited in thickness due to
mechanical constraints, so separation
 greater than 4 or 5 mils (or complete

 GND-PWR-GND isolation) is very challenging or completely
 impossible to
achieve.

One use case is
 where I have a FPGA core rail (maybe ~20A and fairly
 noisy)
on one of the power layers, and
 FPGA 10Gb transceiver rails on the adjacent
power layer.  The transceiver rails are
 designed and analyzed and
appropriately
 bypassed to meet the stringent specifications of the FPGA
manufacturer, but my analysis considers
 that rail and its copper in
isolation,
 not factoring in coupling from an adjacent plane.  I know
 that
"fairly noisy" is not
 actually a meaningful phrase, but I'm wondering if
some of the experts on the forum have
 already analyzed situations similar to

 this.

Does anyone
 have good rules of thumb for the ratio between PWR-PWR
 and
PWR-GND in these situations?  For
 example, if there is a 4 mil dielectric

 PWR-PWR, is a 2 mil dielectric sufficient for PWR-GND, or is
 it recommended
to go to 1 mil
 dielectric (e.g. FaradFlex or Interra) PWR-GND in order
 to
reduce the PWR-PWR coupling?  I
 know rules of thumb are blunt instruments,
but as Dr. Bogatin's Rule of Thumb #0
 says, "an ok answer NOW! is better

 than a good answer, late."
   
 
Does anyone know of any other PDFs or
 articles online which analyze this

 situation?

Dr.
 Shlepnev, would you consider doing a SIMBEOR demo video
 evaluating
parallel plane interactions
 between power layers in a GND-PWR-PWR-GND
four-layer stackup?  Your educational
 video series this year has been quite

 informative.


 Thanks,
Jon



 ------------------------------------------------------------------
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
   
 
 
------------------------------------------------------------------
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: