Hat ein Keramikkondensator 0402 mit 0,01 µF neben einem Keramikkondensator 0402 mit 0,1 µF irgendwelche Vorteile bei der Leistungsentkopplung?

Ich habe immer verstanden, dass der Sinn der Verwendung kleinerer Kondensatoren darin bestand, bei höheren Frequenzen eine niedrige Impedanz zu erzielen als bei den größeren Kondensatoren, da die Kondensatoren mit höherer Kapazität „normalerweise“ größere Packungen aufwiesen und die parasitäre Induktivität ihre Kapazität ab einer bestimmten Frequenz negierte .

Gibt es jedoch einen Vorteil , wenn beide Kappen dieselbe Verpackung haben ( in diesem Fall 0402 )?

Dies ist ein kontroverses Thema. Einige Leute scheinen das Gefühl zu haben, dass ein Kondensator jenseits der Resonanz keinen Nutzen für das Umgehen hat. Andere weisen darauf hin, dass das Teil selbst nach der Resonanz im Grunde genommen nur eine sehr kleine Induktivität ist, die gegen Masse kurzgeschlossen ist und immer noch eine relativ niedrige Impedanz aufweist.

Dieses Diagramm von Murata zeigt die (Größe der) Impedanz gegenüber der Frequenz für drei verschiedene Kondensatorwerte in demselben Gehäuse (0402):

Dies zeigt, dass ein Teil mit einem hohen Wert (wie 0,1 uF) die Resonanz passiert, ein Teil mit einem niedrigeren Wert (wie 0,01 uF) jedoch kaum eine niedrigere Impedanz erreicht, bevor er ebenfalls auf die Resonanz trifft, und sein Verhalten wird im Wesentlichen von seinem induktiven parasitären Effekt dominiert das gleiche wie im hochwertigen Teil.

Wie bereits erwähnt, verringern Sie den Serienwiderstand und die Induktivität des Ensembles umso mehr, je mehr Kondensatoren Sie parallel schalten können. Das Hinzufügen weiterer Teile wird also zumindest ein wenig helfen.

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Ich sollte auch darauf hinweisen, dass Sie die Impedanz bei niedrigeren Frequenzen (unter 10 MHz) definitiv verbessern können, wenn Sie größere Werte in größeren Paketen in Betracht ziehen, z. B. 1 uF in 0805 und 10 uF in einem elektrolytischen Paket der Größe A.

Unter der Annahme, dass die Induktivität für eine gegebene Baugruppengröße im Wesentlichen fest ist, weist die Kapazität mit niedrigerem Wert eine höhere SRF auf, um die sie wirksamer entkoppelt. Mehr als einer von jedem Wert verringert die Induktivität / den ESR, um die Impedanz um diese Frequenz zu verringern. Sätze verschiedener Werte liefern eine niedrige Impedanz über den gesamten benötigten Bereich.

In diesem Xilinx-Dokument (xapp623) werden die Ein- und Auskoppelungen sowie die Gründe für die Verwendung unterschiedlicher Werte ausführlich beschrieben.

Um einen relevanten Teil zu zitieren - sie sagen:

Effektive Kondensatorfrequenz

Jeder Kondensator hat ein enges Frequenzband, in dem er als Entkopplungskondensator am effektivsten ist. Außerhalb dieser Band hat es einen gewissen Beitrag zur PDS, aber im Allgemeinen ist es viel kleiner. Die Frequenzbänder einiger Kondensatoren sind breiter als andere. Der ESR des Kondensators bestimmt den Qualitätsfaktor (Q) des Kondensators, der die Breite des effektiven Frequenzbandes bestimmt. Tantalkondensatoren haben im Allgemeinen ein sehr breites effektives Band, während X7R- und X5R-Chipkondensatoren mit ihrem niedrigeren ESR im Allgemeinen ein sehr schmales effektives Band haben. Das effektive Frequenzband entspricht der Resonanzfrequenz des Kondensators. Während ein idealer Kondensator nur eine kapazitive Charakteristik aufweist, weisen reale nicht ideale Kondensatoren auch eine parasitäre Induktivität ESL und einen parasitären Widerstand ESR auf. Diese Parasiten bilden in Serie eine RLC-Schaltung (Abbildung 3). Die dieser RLC-Schaltung zugeordnete Resonanzfrequenz ist die Resonanzfrequenz des Kondensators.

Sie haben Recht: Der Vorteil liegt nicht in den unterschiedlichen Werten, sondern in der Tatsache, dass sie parallel sind, wodurch der konzentrierte ESR und die Hochfrequenzinduktivität effektiv halbiert werden. Wie Mr. Johnson [8.2.4] es ausdrückte:

Der beste Weg, um eine sehr niedrige Induktivität zu erzielen, besteht darin, viele kleine Kondensatoren parallel zu schalten.

Unterschiedliche ESR-Werte sind für Signale oder Rauschen über 10 MHz von Bedeutung. über 100 MHz ist nur die Induktivität des Gehäuses (Blei) von Bedeutung.

Dies erinnert mich an ein anderes Zitat, das Donald Knuth jedoch wiederholt:

Vorzeitige Optimierung ist die Wurzel allen Übels.

Parallelkondensatoren können aufgrund von Resonanzen zwischen den benachbarten Kondensatoren unerwünschte Auswirkungen haben. Unter Verwendung der im obigen Kommentar gezeigten Daten beträgt beispielsweise die äquivalente Induktivität in der Gehäusegröße 0402 ungefähr 0,4 nH. Bei einer Gewürzsimulation eines parallelen 0,1 uF- und eines 0,01 uF-Kondensators mit 0,4 nH in Reihe zu jedem Kondensator werden die beiden 0402-Kondensatorpakete bei etwa 60 MHz parallel resonant, mit einer folgenden Serienresonanz bei etwa 80 MHz. Bei der Umgehung von RF kann dies kritisch werden.