[SI-LIST] Re: embedded capacitance for decoupling

  • From: Aubrey Sparkman <asparky@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: istvan.novak@xxxxxxxxxxx
  • Date: Wed, 20 Jul 2016 22:19:52 -0500

Jim, 

Google "Steve Weir Interra" and you will get some excellent papers and 
presentations on the how and why of the power of reducing the inductance of 
your PDS.  

Aubrey 

Sent from my iPhone

On Jul 20, 2016, at 8:59 PM, 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




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