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

  • From: "Lee Ritchey" <leeritchey@xxxxxxxxxxxxx>
  • To: <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx>, <jonathan@xxxxxxx>, <asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Fri, 4 Nov 2016 15:42:14 -0700

Rules of thumb work best in butcher shops where the butcher puts his thumb on 
the scale when you are not looking.  As Eric Bogatin would tell you, they are 
useful to see if you are headed in the right direction, but the task needs to 
be done with proper analysis and measurement to make sure the design is done 
right.  Yes, that is a lot of hard, tedious engineering, but so is the 
engineering required to build a successful suspension bridge!

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Cosmin Iorga (Redacted sender "ci42775" for DMARC)
Sent: Friday, November 4, 2016 1:27 PM
To: jonathan@xxxxxxx; asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Cc: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] Re: Noise coupling between parallel power planes

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
  

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