Czy ceramiczny kondensator 0402 0,01 µF obok kondensatora ceramicznego 0402 0,1 µF przyniesie jakiekolwiek korzyści w zakresie oddzielania mocy?

Zawsze rozumiałem, że celem równoległego stosowania mniejszych kondensatorów było zapewnienie niskiej impedancji przy wyższych częstotliwościach niż większych kondensatorów, ponieważ kondensatory o wyższej pojemności „zwykle” miały większe pakiety, więc indukcyjność pasożytnicza negowała ich pojemność od określonej częstotliwości i więcej .

Jeśli jednak obie nakrętki mają to samo opakowanie ( w tym przypadku 0402 ), czy w ogóle jest jakaś korzyść?

To jest trochę kontrowersyjny temat. Niektórzy ludzie wydają się czuć, że kondensator poza rezonansem nie ma żadnej korzyści z obejścia. Inni zwracają uwagę, że nawet w przeszłości rezonans ten jest w zasadzie bardzo małym zwarciem cewki indukcyjnej do ziemi i nadal ma dość niską impedancję.

Ten wykres z Muraty pokazuje impedancję (wielkość) w funkcji częstotliwości dla trzech różnych wartości kondensatorów w tym samym pakiecie (0402):

To pokazuje, że po przejściu rezonansu przez część o wysokiej wartości (jak 0,1 uF), część o niższej wartości (jak 0,01 uF) ledwo osiąga niższą impedancję, zanim również uderzy w rezonans, a jego zachowanie zostaje zdominowane przez indukcyjne pasożyty, które są zasadniczo taki sam jak w części o wysokiej wartości.

To powiedziawszy, jak zauważyli inni, im więcej kondensatorów można ustawić równolegle, tym bardziej zmniejsza się rezystancję szeregową i indukcyjność zestawu części; więc dodanie większej części pomoże przynajmniej trochę.

Edytować:

Powinienem również zauważyć, że jeśli zaczniesz rozważać większe wartości w większych pakakach, powiedzmy 1 uF w 0805 i 10 uF w pakiecie elektrolitycznym wielkości A, możesz zdecydowanie poprawić impedancję przy niższych częstotliwościach (poniżej 10 MHz).

Zakładając, że indukcyjność jest zasadniczo ustalona dla danego rozmiaru opakowania, pojemność o niższej wartości będzie miała wyższy współczynnik SRF, wokół którego będzie bardziej efektywnie się rozdzielać. Więcej niż jedna z każdej wartości zmniejsza indukcyjność / ESR do niższej impedancji wokół tej częstotliwości. Zestawy różnych wartości zapewniają niską impedancję w całym wymaganym zakresie.

Ten dokument Xilinx (xapp623) zawiera bardzo szczegółowe informacje na temat insoupingu i odłączenia od rozdzielenia oraz dlaczego stosowane są różne wartości.

Cytując odpowiednią część - mówią:

Efektywna częstotliwość kondensatora

Każdy kondensator ma wąskie pasmo częstotliwości, gdzie jest najbardziej skuteczny jako kondensator odsprzęgający. Poza tym pasmem ma on pewien wkład w PDS, ale ogólnie jest znacznie mniejszy. Pasma częstotliwości niektórych kondensatorów są szersze niż inne. ESR kondensatora określa współczynnik jakości (Q) kondensatora, który określa szerokość efektywnego pasma częstotliwości. Kondensatory tantalowe mają na ogół bardzo szerokie pasmo efektywne, podczas gdy kondensatory chipowe X7R i X5R, z ich niższym ESR, mają na ogół bardzo wąskie pasmo efektywne. Efektywne pasmo częstotliwości odpowiada częstotliwości rezonansowej kondensatora. Podczas gdy idealny kondensator ma tylko charakterystykę pojemnościową, prawdziwe nie-idealne kondensatory mają również pasożytniczą indukcyjność ESL i pasożytniczą oporność ESR. Ci pasożyty działają szeregowo, tworząc obwód RLC (ryc. 3). Częstotliwość rezonansowa związana z tym obwodem RLC jest częstotliwością rezonansową kondensatora.

Masz rację: korzyść nie wynika z różnych wartości, ale z faktu, że są one równoległe, skutecznie zmniejszając o połowę zbity ESR i indukcyjność wysokiej częstotliwości. Jak to ujął pan Johnson [8.2.4]:

Najlepszym sposobem na uzyskanie bardzo niskiej indukcyjności jest równoległe podłączenie wielu małych kondensatorów.

Różne wartości ESR mają znaczenie dla sygnałów lub szumów powyżej 10 MHz; powyżej 100 MHz, ważna jest tylko indukcyjność pakietu (ołowiu).

Przypomina mi to jednak inny cytat powtórzony przez Donalda Knutha:

Przedwczesna optymalizacja jest źródłem wszelkiego zła.

Kondensatory równoległe mogą mieć niepożądany efekt ze względu na rezonans między sąsiednimi kondensatorami. Na przykład, korzystając z danych przedstawionych w powyższym komentarzu, równoważna indukcyjność w wielkości obudowy 0402 wynosi około 0,4 nH. Dzięki symulacji przypraw równoległego kondensatora 0,1 uF i 0,01 uF z 0,4 nH połączonych szeregowo z każdym kondensatorem, dwa zestawy kondensatorów 0402 stają się rezonansowe równolegle przy około 60 MHz, a kolejny szeregowy rezonans przy około 80 MHz. Z obejściem RF może to stać się krytyczne.