[SI-LIST] Re: embedded capacitance for decoupling

  • From: alfred1520list <alfred1520list@xxxxxxxxx>
  • To: "si-list@xxxxxxxxxxxxx" <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Thu, 21 Jul 2016 09:25:08 -0700

Dear Istvan,
Thank you for your very detail explanation for 30 caps vs plane capacitance. I 
guess this is the direct consequence of the frequency vs impedance curve of a 
capacitor going up above the resonance frequency. Above the resonance frequency 
it is the inductance and not the capacitance that determines the over all 
impedance, thus increasing capacitance does not lower impedance but reducing 
inductance does.

Later on you discussed matched vs mismatched PDN components. Unfortunately I am 
not familiar with this term and cannot visualize the circuit make up of this. I 
wonder if you could expand the concept a bit? Thank you very much.

Best Regards,
Alfred Lee


On July 20, 2016 6:59:59 PM PDT, Istvan Novak <istvan.novak@xxxxxxxxxxx> wrote:

Jim,

As usual, there is no single yes or no answer to this question, because

the correct answer depends on many factors.

But contrary to popular belief, my general answer is that yes, it is 
possibly in a number of circumstances, maybe in a surprisingly large 
percentage of all possible cases, to reduce the number of discrete 
capacitors by using embedded capacitance (and below you will see that
it 
is really about inductance, not capacitance).  If we put aside several 
other questions such as cost and focus only on the electrical 
performance of the supply rail in question, we first need to look at
the 
existing design.  There are thirty pieces of 0.22uF capacitors, called 
Hi-F, which I assume means they are small-size surface-mount 
capacitors.  Why do we have thirty of them????  For their capacitance, 
which, without any DC or AC bias or any other derating, gives us a mere

6.6uF nominal capacitance?  If we need 6.6uF capacitance, we can get it

today from a single small-size ceramic capacitor, we dont need thirty 
pieces...  Assuming that the starting design is good and the design had

thirty pieces for a good reason, we can quickly convince ourselves that

likely the number of small capacitors is dictated by the total 
inductance we want to achieve by them, not by their total capacitance. 

Using very simplistic numbers and assuming that the loop inductance
from 
a single 0.22uF capacitor is 1nH, thirty of them will give us 33pH 
cumulative inductance, which just happens to be the square inductance
of 
a 1-mil (25um) laminate.  So all thirty 0.22uF capacitors can be left 
out and replaced by a 1-mil laminate.  Of course the laminate 
capacitance, dependent on its size, will be just a few nF or maybe up
to 
a few hundred nFs for large laminates, so we will need to add 
capacitance, but likely we can do it with much fewer components, under 
some circumstances using just bulk capacitors.

Details of actual situations can vary a lot, and for a careful design
we 
need to look at the whole picture, all constraints and all 
requirements.  It is true that time-of-flight for available charge will

eventually matter, but this opens up another discussion: time of flight

matters more as the mismatch between PDN components is increased, and
it 
matters less, and eventually it does not matter at all, for matched 
structures.  For largely mismatched structures it is easy to show that 
the location of available charge, whether it is from a laminate or from

a capacitor, matters.

Regards,

Istvan Novak

Oracle



On 7/20/2016 2:48 PM, Peterson, James F (Chief Engineers) wrote:
Can the capacitance realized by embedding capacitance in the PCB
stackup replace discrete decoupling capacitors?

Let's say the discrete decoupling solution for a processor's Vcore
rail has thirty 0.22 uf Hi-F caps. Is there a practical way to use an
embedded passives approach in the PCB stackup to achieve the needed
decoupling capacitance and thus remove these thirty discrete
capacitors?

If so, are there any papers published around this? (I've searched and
can't find anything substantial on replacing discrete ceramic
capacitors with embedded PCB capacitance.)

Thanks,
Jim Peterson
Honeywell Aero


   



------------------------------------------------------------------
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
 

-- 
Sent from my Android phone with K-9 Mail. Please excuse my brevity.

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