Un condensateur céramique 0402 0,01 µF à côté d'un condensateur céramique 0402 0,1 µF aura-t-il des avantages de découplage de puissance?

J'ai toujours compris que l'intérêt d'utiliser des condensateurs plus petits en parallèle était de fournir une faible impédance à des fréquences plus élevées que les plus grands condensateurs, car les condensateurs à capacité plus élevée `` habituellement '' avaient des boîtiers plus grands, de sorte que l'inductance parasite annulait leur capacité à partir d'une certaine fréquence et plus. .

Cependant, si les deux bouchons ont le même emballage ( 0402 dans ce cas), y a-t-il un avantage?

C'est un peu un sujet controversé. Certaines personnes semblent penser qu'un condensateur au-delà de la résonance n'a aucun avantage à contourner. D'autres soulignent que même après la résonance, la pièce n'est fondamentalement qu'un très petit inducteur court-circuité à la masse et a toujours une impédance assez faible.

Ce tracé de Murata montre (l'amplitude de) l'impédance en fonction de la fréquence pour trois valeurs de condensateur différentes dans le même boîtier (0402):

Cela montre qu'après qu'une partie de valeur élevée (comme 0,1 uF) a passé la résonance, une partie de valeur inférieure (comme 0,01 uF) parvient à peine à une impédance inférieure avant qu'elle ne frappe également la résonance et que son comportement soit dominé par son parasite inductif, qui est fondamentalement le même que dans la partie de grande valeur.

Cela dit, comme d'autres l'ont souligné, plus vous pouvez mettre en parallèle de condensateurs, plus vous réduisez la résistance en série et l'inductance de l'ensemble de pièces; donc ajouter plus de pièces va aider au moins un peu.

Éditer:

Je dois également souligner que si vous commencez à envisager des valeurs plus élevées dans des pacakges plus grands, disons 1 uF en 0805 et 10 uF dans un boîtier électrolytique de taille A, vous pouvez certainement améliorer l'impédance à des fréquences plus basses (inférieures à 10 MHz).

En supposant que l'inductance est essentiellement fixée pour une taille de boîtier donnée, la capacité de valeur inférieure aura un SRF plus élevé, autour duquel elle se découplera plus efficacement. Plus d'une valeur de chaque valeur réduit l'inductance / ESR pour réduire l'impédance autour de cette fréquence. Des ensembles de valeurs différentes fournissent une faible impédance sur toute la plage nécessaire.

Ce document Xilinx (xapp623) décrit en détail les tenants et aboutissants du découplage et les raisons pour lesquelles différentes valeurs sont utilisées.

Pour citer une partie pertinente - ils disent:

Fréquence efficace du condensateur

Chaque condensateur a une bande de fréquence étroite où il est le plus efficace en tant que condensateur de découplage. En dehors de cette bande, il a une certaine contribution au PDS mais en général il est beaucoup plus petit. Les bandes de fréquences de certains condensateurs sont plus larges que d'autres. L'ESR du condensateur détermine le facteur de qualité (Q) du condensateur, qui détermine la largeur de la bande de fréquence effective. Les condensateurs au tantale ont généralement une bande efficace très large, tandis que les condensateurs à puce X7R et X5R, avec leur ESR inférieur, ont généralement une bande efficace très étroite. La bande de fréquence effective correspond à la fréquence de résonance du condensateur. Alors qu'un condensateur idéal n'a qu'une caractéristique capacitive, les vrais condensateurs non idéaux ont également une inductance parasite ESL et une résistance parasite ESR. Ces parasites agissent en série pour former un circuit RLC (figure 3). La fréquence de résonance associée à ce circuit RLC est la fréquence de résonance du condensateur.

Vous avez raison: l'avantage n'est pas dû aux différentes valeurs, mais au fait qu'elles sont en parallèle, ce qui réduit de moitié l'ESR et l'inductance haute fréquence. Comme l'a dit M. Johnson [8.2.4]:

La meilleure façon d'obtenir une inductance très faible est de mettre en parallèle un grand nombre de petits condensateurs.

Différentes valeurs ESR sont importantes pour les signaux ou le bruit au-dessus de 10 MHz; au-dessus de 100 MHz, seule l'inductance du boîtier (plomb) est importante.

Cela me rappelle cependant une autre citation, répétée par Donald Knuth:

L'optimisation prématurée est la racine de tout Mal.

Les condensateurs en parallèle peuvent avoir un effet indésirable en raison de la résonance entre les condensateurs adjacents. Par exemple, en utilisant les données présentées dans le commentaire ci-dessus, l'inductance équivalente dans la taille de boîtier 0402 est d'environ 0,4 nH. Avec une simulation d'épices d'un 0,1uF parallèle et d'un condensateur 0,01uF avec 0,4nH en série avec chaque condensateur, les deux boîtiers de condensateurs 0402 deviennent résonnants parallèles à environ 60 MHz, avec une résonance en série suivante à environ 80 MHz. Avec le contournement RF, cela peut devenir critique.