[SI-LIST] Re: embedded capacitance for decoupling

  • From: "Bartlett, Josiah" <josiah.bartlett@xxxxxxxxxxxxx>
  • To: "Joseph.Schachner@xxxxxxxxxxxxxxxxxx" <Joseph.Schachner@xxxxxxxxxxxxxxxxxx>, "james.f.peterson@xxxxxxxxxxxxx" <james.f.peterson@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Wed, 20 Jul 2016 20:45:03 +0000

I'll also add that there is a temporal element to this- at some point due to 
the travel time of wavefronts, the change-in-charge signal at the hinterlands 
of the capacitor are no longer in phase with the signal at the ports of the 
capacitor. This means that a large area capacitor is a lot less effective than 
a "folded" or multi-plate capacitor at a given frequency. 
I am constantly reminding people that PCB planes are just higher order 
transmission lines or waveguides. It's easy to forget that due to their 
typically low z0 and shape. Just like in the transition from "wire" to 
"transmission line" mode of thinking, you have to transition from "capacitor" 
to "charge line".
Regards,

Josiah Bartlett
Principal Engineer
Tektronix, Inc.
T 503.627.2946
http://tek.com

-----Original Message-----
From: si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Joseph.Schachner@xxxxxxxxxxxxxxxxxx
Sent: Wednesday, July 20, 2016 12:37 PM
To: james.f.peterson@xxxxxxxxxxxxx
Cc: si-list@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [SI-LIST] Re: embedded capacitance for decoupling

Capacitance of parallel plates with dielectric is C = k E0 A / d where E0 is 
the permittivity of space (close enough to air) which is 8.854e-12, k is 
dielectric constant (of FR4: about 4.5), A is Area of the plates and d is 
separation between the plates. 
So, how much area on two adjacent layers are you willing to devote to this?

I'll pick a really large guess: how about a square 30cm on each side, so the 
Area is 900 cm^2

I'll also be generous and say there are only 0.2mm between those planes. 
So:

C = 4.5 * 8.845e-12 * 0.9m^2  / 2e-4   = 0.1793uF

thirty 0.22uF capacitors total 6.6uF. 

SO, you need about 37 times more capacitance than a 30cm * 30cm square with 
0.2mm separation gives.  You almost certainly don't have enough layers or 
enough area to get there.

In short: no, the capacitance realized by embedding capacitance in the PCB 
stackup can not (reasonably) replace thirty 0.22uF caps.

--- Joe S.







From:   "Peterson, James F (Chief Engineers)" 
<james.f.peterson@xxxxxxxxxxxxx>
To:     "si-list@xxxxxxxxxxxxx" <si-list@xxxxxxxxxxxxx>
Date:   07/20/2016 02:51 PM
Subject:        [SI-LIST] embedded capacitance for decoupling
Sent by:        si-list-bounce@xxxxxxxxxxxxx



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
 





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