Un condensatore ceramico 0402 0,01 µF accanto a un condensatore ceramico 0402 0,1 µF avrà qualche vantaggio di disaccoppiamento della potenza?

Ho sempre capito che il punto di usare in parallelo condensatori più piccoli era quello di fornire una bassa impedenza a frequenze più alte rispetto ai condensatori più grandi, perché i condensatori di capacità più elevata "di solito" avevano pacchetti più grandi, quindi l'induttanza parassitaria ha negato la loro capacità da una certa frequenza e fino .

Tuttavia, se entrambi i tappi hanno la stessa confezione ( 0402 in questo caso), ci sono dei vantaggi?

Questo è un po 'un argomento controverso. Alcune persone sembrano ritenere che un condensatore oltre la risonanza non abbia alcun vantaggio per il bypass. Altri sottolineano che anche in passato la risonanza è fondamentalmente solo un induttore molto piccolo in corto circuito a terra e ha ancora un'impedenza abbastanza bassa.

Questo diagramma di Murata mostra l'impedenza (magnitudine dell'impedenza) rispetto alla frequenza per tre diversi valori di condensatore nello stesso pacchetto (0402):

Ciò dimostra che dopo che una parte di valore elevato (come 0,1 uF) passa la risonanza, una parte di valore inferiore (come 0,01 uF) raggiunge a malapena un'impedenza inferiore prima che colpisca anche la risonanza e il suo comportamento diventa dominato dal suo parassita induttivo, che è fondamentalmente lo stesso della parte di alto valore.

Detto questo, come altri hanno sottolineato, più condensatori puoi mettere in parallelo, più riduci la resistenza in serie e l'induttanza dell'insieme di parti; quindi l'aggiunta di più parti aiuterà almeno un po '.

Modificare:

Devo anche sottolineare che se inizi a considerare valori più grandi in pacakge più grandi, ad esempio 1 uF in 0805 e 10 uF in un pacchetto di dimensioni A elettrolitico, puoi sicuramente migliorare l'impedenza a frequenze più basse (sotto i 10 MHz).

Supponendo che l'induttanza sia sostanzialmente fissa per una data dimensione del pacchetto, la capacità di valore inferiore avrà un SRF più elevato, attorno al quale si disaccoppierà in modo più efficace. Più di uno di ciascun valore riduce l'induttanza / ESR a una bassa impedenza attorno a questa frequenza. Set di valori diversi forniscono una bassa impedenza sull'intero intervallo necessario.

Questo documento Xilinx (xapp623) approfondisce i dettagli all'interno e all'esterno del disaccoppiamento e perché vengono utilizzati valori diversi.

Per citare una parte rilevante, dicono:

Frequenza effettiva condensatore

Ogni condensatore ha una banda di frequenza stretta in cui è più efficace come condensatore di disaccoppiamento. Al di fuori di questa banda, ha un certo contributo al PDS ma in generale è molto più piccolo. Le bande di frequenza di alcuni condensatori sono più larghe di altre. L'ESR del condensatore determina il fattore di qualità (Q) del condensatore, che determina l'ampiezza della banda di frequenza effettiva. I condensatori al tantalio hanno generalmente una banda efficace molto ampia, mentre i condensatori a chip X7R e X5R, con il loro ESR inferiore, generalmente hanno una banda efficace molto stretta. La banda di frequenza effettiva corrisponde alla frequenza di risonanza del condensatore. Mentre un condensatore ideale ha solo una caratteristica capacitiva, i condensatori reali non ideali hanno anche un'induttanza parassitaria ESL e una resistenza parassita ESR. Questi parassiti agiscono in serie per formare un circuito RLC (Figura 3). La frequenza di risonanza associata a quel circuito RLC è la frequenza di risonanza del condensatore.

Hai ragione: il vantaggio non è dovuto ai diversi valori, ma al fatto che sono in parallelo, dimezzando efficacemente l'ESR in blocco e l'induttanza ad alta frequenza. Come diceva Mr. Johnson [8.2.4]:

Il modo migliore per ottenere un'induttanza molto bassa è mettere in parallelo molti piccoli condensatori.

Valori ESR diversi contano per segnali o rumore al di sopra di 10 MHz; sopra i 100 MHz, solo l'induttanza del pacchetto (piombo) è importante.

Questo mi ricorda un'altra citazione, tuttavia, ripetuta da Donald Knuth:

L'ottimizzazione prematura è la radice di tutti i mali.

I condensatori in parallelo possono avere un effetto indesiderato a causa della risonanza tra i condensatori adiacenti. Ad esempio, utilizzando i dati mostrati nel commento sopra, l'induttanza equivalente nella dimensione del caso 0402 è di circa 0,4 nH. Con una simulazione di spezie di un parallelo 0,1uF e un condensatore 0,01uF con 0,4nH in serie con ciascun condensatore, i due pacchetti di condensatori 0402 diventano risonanti in parallelo a circa 60 MHz, con una risonanza in serie successiva a circa 80 MHz. Con il bypass RF questo può diventare critico.