Para desacoplar los pines de la fuente de alimentación de un CI, ¿hay alguna razón para utilizar múltiples capacitancias cuando todos los MLCC tienen el mismo tamaño de paquete?

Question

Una placa de circuito impreso con la que estoy trabajando tiene tres condensadores de desacoplamiento en el pin Vdd de un CI: 0,01uF, 0,1uF y 1uF. Todos están en paquetes 0402.

Entiendo que a menudo se utilizan condensadores de varios tamaños porque la parásita tiende a escalar con el tamaño, pero tenía la impresión de que esto se debía generalmente a los diferentes tamaños de los envases, no a los valores reales de capacitancia en sí.

También entiendo que poner varios condensadores en paralelo aumentará la capacitancia total mientras disminuye los valores parásitos, pero no veo por qué uno usaría capacitancias variables para eso en lugar de simplemente usar el mayor valor posible para cada condensador.

¿Hay alguna razón para utilizar varios condensadores de desacoplamiento con el mismo paquete pero con diferentes valores de capacitancia?

Aquí hay una captura de pantalla de la parte relevante del esquema del circuito (C1, C2 y C3 son todos MLCCs 0402):

Answer 1

Su impresión inicial es incorrecta. Aquí se ve cómo es la impedancia de varios condensadores en el mismo paquete.

Fuente

Para conseguir una impedancia de la fuente de alimentación suficientemente plana en un ancho de banda amplio, hay que utilizar una selección de condensadores diferentes.

Answer 2

Puede haber algún pequeño beneficio. Utilizando la herramienta SimSurfing de Murata, grafiqué la curva de impedancia frente a la frecuencia para un MLCC de 2,2uF 0402 (métrica 1005) en comparación con uno de 0,1uF en el mismo paquete. La tapa de 2,2uF se muestra en azul y la de 0,1uF en verde:

Como puedes ver, el punto de resonancia es más alto en frecuencia con el 0,1uF, como sería de esperar de un cap más grande con la misma inductancia parásita, pero, de forma menos esperada, el MLCC más pequeño consigue una impedancia ligeramente menor entre 10 y 40 MHz, a costa de una mayor impedancia a frecuencias más bajas, como sería de esperar dada la mayor capacidad del cap de 2,2uF.

Así que la conclusión es que hay algo en la estructura interna de los MLCC de gran valor que empeora ligeramente su rendimiento en las altas frecuencias, pero por debajo del punto de resonancia, no parece haber ningún beneficio para los MLCC más pequeños en una aplicación de desacoplamiento.

Por supuesto, el condensador más grande también tendrá un peor rendimiento bajo polarización de CC, pero generalmente los más grandes seguirán teniendo una mayor capacitancia efectiva bajo polarización de CC.

Answer 3

De hecho, lo hay. La más obvia es el coste. Los condensadores cerámicos de diferentes valores en la misma huella (no necesariamente el paquete, ya que la altura puede variar) no cuestan lo mismo.

Además, los condensadores cerámicos tienen diferentes curvas de impedancia (debido a las diferentes parásitas que has mencionado) y curvas de polarización de CC para cada combinación de capacitancia, dieléctrico, tensión nominal y tamaño del paquete. Es suficiente para hacer girar la cabeza.

Por lo que he visto, el tendencia es que, en igualdad de condiciones, los paquetes más grandes tienen más inductancia y, por lo tanto, alcanzan la resonancia a frecuencias más bajas, y que exprimir más capacitancia y/o voltaje máximo en un paquete más pequeño degrada las características de polaridad CC.

Te sugiero que vayas a la página web de SimSurfing de Murata ( https://ds.murata.co.jp/simsurfing/mlcc.html?lcid=en-us ) y filtrar sus condensadores de la serie GRM y sólo mirar los condensadores X7R (para no abrumarse y ya que los efectos del dieléctrico son bastante sencillos). A continuación, compara el "Tech-PDF" de diferentes condensadores en los que varían todos los parámetros, excepto uno, el voltaje, la capacitancia y el paquete.

También entiendo que poner varios condensadores en paralelo aumentará la capacitancia total mientras disminuye los valores parásitos, pero no veo por qué uno usaría capacitancias variables para eso en lugar de simplemente usar el mayor valor posible para cada condensador.

Cuidado... Antirresonancia de múltiples condensadores de desacoplamiento en paralelo: ¿usar el mismo valor o varios?

Answer 4

La impedancia del condensador depende de la frecuencia de la señal que lo atraviesa. Nuestro trabajo habría sido más fácil si todas las señales fueran ideales. Pero no lo son. Hay diferentes componentes de frecuencia en cualquier señal. Para filtrar selectivamente las señales no deseadas, se necesitan diferentes impedancias dependientes de la frecuencia. Por lo tanto, ¡condensadores de diferentes valores!

Vea este vídeo de Dave Jones @EEVBlog https://www.youtube.com/watch?v=BcJ6UdDx1vg Para tener una idea del concepto, vea esto https://www.youtube.com/watch?v=1xicZF9glH0