Regola "due condensatori di bypass / disaccoppiamento"?

Ho trovato molte discussioni sui condensatori di bypass e sul loro scopo. Di solito, arrivano come una coppia di 0,1 uF e 10 uF. Perché deve essere una coppia? Qualcuno ha un buon riferimento a un documento o un articolo o potrebbe fornire una buona spiegazione? Vorrei avere una piccola teoria sul perché DUE e lo scopo di OGNI.

I condensatori reali hanno induttanza e resistenza. L'obiettivo di un condensatore di bypass è di rispondere rapidamente ai transitori di corrente al fine di mantenere una tensione stabile. L'induttanza e la resistenza della serie sono in contrasto con tale obiettivo.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

All'aumentare della corrente attraverso i condensatori, la tensione sui resistori aumenta secondo la legge di Ohm. Ciò è contrario all'obiettivo di mantenere una tensione stabile. Quando la corrente attraverso il condensatore cambia, cambia anche la tensione attraverso gli induttori (ricordare: $v=L \frac{di}{dt}$

Mettendo i condensatori in parallelo, le capacità si sommano. Di solito questo è buono, perché più capacità resiste alle variazioni di tensione più fortemente.

Allo stesso tempo, le resistenze o induttanze parallele vengono effettivamente diminuite. L'induttanza effettiva (le resistenze sono simili) di questo circuito è

Quindi, i condensatori paralleli aumentano le cose che vuoi (capacità) e diminuiscono le cose che non vuoi (induttanza, resistenza).

Inoltre, i condensatori a basso valore, in virtù delle loro dimensioni più piccole, tendono ad avere un'induttanza inferiore e sono quindi più adatti al funzionamento a frequenza più elevata.

Ovviamente, questo funziona solo fino a un certo punto, perché qualsiasi modo reale di collegare condensatori in parallelo aggiunge induttanza. Ad un certo punto c'è abbastanza induttanza aggiunta dal percorso a un condensatore aggiuntivo che non è di alcun beneficio. Ottenere il layout giusto per ridurre al minimo l'induttanza è una parte significativa della progettazione di circuiti ad alta frequenza. Dai un'occhiata a tutti i condensatori attorno a una CPU per qualche idea. Qui puoi vederne molti al centro del socket e ce ne sono ancora di più nella parte inferiore della scheda che non sono visibili:

http://www.ti.com/lit/an/scba007a/scba007a.pdf

Vedrai il grande condensatore riferito a un condensatore "bank" o "bulk". I più piccoli sono ovviamente anche condensatori "bypass". L'idea di base è che, nel mondo reale, i parassiti di un condensatore non sono ideali. Il tuo condensatore "bank" ti aiuterà a assorbire energia transitoria (cambiamenti nella variazione della corrente reale) ma, a causa di problemi del mondo reale, se il rumore RF (EMI) sale sulla linea, il condensatore di bypass più piccolo lascerà quel rumore corto a terra prima di esso arriva al tuo IC. Inoltre, entrambi questi condensatori aiuteranno a sopprimere i transitori di commutazione, nonché a migliorare l'isolamento tra i circuiti.

Anche se la fisica è la stessa, la terminologia è modificata nella loro funzione. I "condensatori" di banca "forniscono" un piccolo supplemento (come un banco di carica). Quelli "bypass" consentono al rumore di bypassare il tuo IC senza danneggiare il segnale. I condensatori "smoothing" riducono l'ondulazione dell'alimentazione. I condensatori di "disaccoppiamento" isolano due parti di un circuito.

Quindi, in pratica, metti un bank cap accanto a un bypass e ci sono i tuoi 10uF e 0.1uF. Ma due è solo arbitrario. Hai qualche RF sulla tua scheda? Potrebbe essere necessario anche un limite di 1nF.

Un semplice esempio di impedenza nel mondo reale può essere visto in questa immagine. Un berretto ideale sarebbe solo una grande pendenza verso il basso per sempre. Tuttavia, i limiti più piccoli sono migliori alle frequenze più alte nel mondo reale. Quindi, accatastate DUE (o TRE, o TUTTAVIA) l'una accanto all'altra per ottenere l'impedenza totale più bassa.

Ho, tuttavia, letto opinioni dissenzienti al riguardo, affermando che l'auto-risonanza tra i due crea effettivamente un'impedenza ALTA a determinate frequenze e dovrebbe essere evitata, ma questo è per un'altra domanda.

Proverò a renderlo un po 'più semplice.

I cappellini più piccoli sono chiamati cappucci di bypass, ma il loro scopo principale è quello di gestire picchi di alta frequenza. Devono essere piccoli da scaricare e caricare rapidamente in risposta alla frequenza con cui arrivano i picchi.

I tappi più grandi sono chiamati blocchi di massa e questi gestiscono oscillazioni di corrente più grandi. Principalmente se si carica improvvisamente un carico enorme su una rotaia, occorreranno tappi più grandi per aiutare a fornire il nuovo carico.

Inoltre, avere due condensatori aiuta anche a ridurre la loro resistenza equivalente in serie (ESR), un attributo variabile ereditario, e questo diventa particolarmente importante quando si producono alimentatori di bordo.