Apakah 0402 0,01 μF kapasitor keramik di sebelah 0402 0,1 µF kapasitor keramik memiliki manfaat decoupling daya?

Saya selalu mengerti bahwa titik menggunakan kapasitor yang lebih kecil secara paralel adalah untuk memberikan impedansi rendah pada frekuensi yang lebih tinggi daripada kapasitor yang lebih besar, karena kapasitor kapasitansi yang lebih tinggi 'biasanya' memiliki paket yang lebih besar, sehingga induktansi parasit meniadakan kapasitansinya dari frekuensi tertentu dan naik .

Namun, jika kedua penutup memiliki kemasan yang sama ( 0402 dalam kasus ini), apakah ada manfaatnya?

Ini adalah sedikit dari topik yang kontroversial. Beberapa orang tampaknya merasa bahwa kapasitor di luar resonansi tidak memiliki manfaat untuk mem-bypass. Lainnya menunjukkan bahwa bahkan resonansi masa lalu bagian ini pada dasarnya hanya sebuah induktor kecil yang dihubung pendek ke tanah dan masih memiliki impedansi yang cukup rendah.

Plot dari Murata ini menunjukkan (besarnya) impedans vs. frekuensi untuk tiga nilai kapasitor yang berbeda dalam paket yang sama (0402):

Ini menunjukkan bahwa setelah bagian nilai tinggi (seperti 0,1 UF) melewati resonansi, bagian bawah-nilai (seperti 0,01 UF) hanya nyaris mencapai impedansi rendah sebelum terlalu menyentuh resonansi dan perilakunya menjadi didominasi oleh parasit induktif, yang pada dasarnya adalah sama seperti di bagian bernilai tinggi.

Yang mengatakan, seperti yang orang lain tunjukkan, semakin banyak kapasitor yang dapat Anda masukkan secara paralel, semakin Anda mengurangi resistansi seri dan induktansi dari ensemble bagian; sehingga menambahkan lebih banyak bagian akan membantu di setidaknya sedikit.

Edit:

Saya juga harus menunjukkan bahwa jika Anda mulai mempertimbangkan nilai-nilai yang lebih besar di pacakges yang lebih besar, katakanlah 1 UF di 0805 dan 10 UF di paket A-ukuran elektrolit, Anda pasti dapat meningkatkan impedansi pada rendah frekuensi (di bawah 10 MHz).

Dengan asumsi induktansi pada dasarnya tetap untuk ukuran paket yang diberikan, semakin rendah kapasitansi nilai akan memiliki SRF yang lebih tinggi, sekitar yang akan memisahkan lebih efektif. Lebih dari satu dari setiap nilai mengurangi induktansi / ESR untuk menurunkan impedansi sekitar frekuensi ini. Set nilai yang berbeda memberikan impedansi rendah pada seluruh rentang yang dibutuhkan.

Ini dokumen Xilinx (xapp623) masuk ke detail yang besar pada seluk dan keluar dari decoupling dan mengapa nilai-nilai yang berbeda digunakan.

Mengutip bagian yang relevan - kata mereka:

Frekuensi kapasitor Efektif

Setiap kapasitor memiliki pita frekuensi sempit di mana hal ini sangat efektif sebagai kapasitor decoupling. Di luar band, itu memang memiliki beberapa kontribusi terhadap PDS tapi secara umum itu jauh lebih kecil. Pita frekuensi beberapa kapasitor lebih lebar daripada yang lain. ESR dari kapasitor menentukan faktor kualitas (Q) dari kapasitor, yang menentukan lebar pita frekuensi yang efektif. Tantalum kapasitor umumnya memiliki band yang sangat luas efektif, sementara X7R dan X5R kapasitor chip, dengan ESR rendah mereka, umumnya memiliki sangat sempit band yang efektif. Pita frekuensi efektif sesuai dengan frekuensi resonansi kapasitor. Sementara ideal kapasitor hanya memiliki karakteristik kapasitif, kapasitor nyata non-ideal juga memiliki ESL induktansi parasit dan resistensi ESR parasit. Parasitika ini bertindak secara seri untuk membentuk sirkuit RLC (Gambar 3). Frekuensi resonansi yang terkait dengan rangkaian RLC adalah frekuensi resonansi kapasitor.

Anda benar: manfaat bukan karena nilai-nilai yang berbeda, namun pada kenyataan bahwa mereka secara paralel, secara efektif mengurangi separuh ESR disamakan dan induktansi frekuensi tinggi. Seperti Mr Johnson [8.2.4] mengatakan:

Cara terbaik untuk mendapatkan induktansi sangat rendah adalah paralel banyak kapasitor kecil.

nilai-nilai ESR yang berbeda peduli untuk sinyal atau kebisingan di atas 10MHz; di atas 100MHz, hanya paket (lead) hal-hal induktansi.

Ini mengingatkan saya pada kutipan lain, bagaimanapun, diulang oleh Donald Knuth:

prematur optimasi adalah akar dari segala kejahatan.

Kapasitor yang sejajar dapat memiliki efek yang tidak diinginkan karena resonansi antara kapasitor yang berdekatan. Misalnya, menggunakan data yang ditunjukkan dalam komentar di atas, induktansi setara dalam ukuran case 0402 adalah sekitar 0,4nH. Dengan simulasi rempah-rempah dari paralel 0.1uF dan kapasitor 0.01uF dengan 0.4nH seri dengan masing-masing kapasitor, dua 0402 paket kapasitor menjadi resonansi paralel pada sekitar 60 MHz, dengan resonansi seri berikut di sekitar 80 MHz. Dengan RF melewati ini mungkin menjadi kritis.