チップは本当に同じパッケージに複数の値のデカップリングコンデンサを必要としますか？

同様の質問がここで尋ねられます：「2つのバイパス/デカップリングコンデンサ」ルール？しかし、その質問は、パッケージサイズについて言及せずに並列バイパスコンデンサに関するものでした（ただし、回答はほとんどが異なるパッケージサイズの並列部品を想定しています）。

私は最近、高速デジタル設計のコースに参加しました。講師は、コンデンサのデカップリング性能がインダクタンスによってほぼ完全に制限されていることを説明しました。

彼の説明は、多くのデータシートに記載されているアドバイスと衝突するようです。データシートは、同じパッケージサイズであるにもかかわらず、デカップリングコンデンサの複数の値を示唆しています。

彼の推奨事項は次のとおりであると考えています。パッケージサイズごとに、実現可能な最大の静電容量を選択し、できるだけ小さなパッケージを最も近くに配置します。

たとえば、ラティスセミコンダクターの回路図では、次のことを提案しています。

• 470pF 0201
• 10nF 0201
• 1uf 0306

Q1： 470pFのコンデンサは本当に役立ちますか？

Q2： 3つすべてを0201パッケージの単一の1uFコンデンサに置き換えても意味がありませんか？

Q3：高い周波数では値の大きいコンデンサは役に立たないと人々が言うとき、その大部分は静電容量によるものであり、どれだけ大容量のキャップに通常関連するパッケージサイズの増加によるものですか？

これは私が時々自分自身に疑問を抱いてきた質問であり、まだ答えが見つかりません。何らかの答えを得るためにLTSpiceでシミュレーションを行いました。村田製作所のコンデンサをランダムに選択しました：4.7 µF https://psearch.en.murata.com/capacitor/product/GRM155R61A475MEAA%23.htmlおよび100nF https://psearch.en.murata.com/コンデンサ/製品/GRM152B31A104KE19%23.html

両方のキャップのESLを300pに、ESRを100 nFで30m、4.7 µFで8mに設定しました。これらの値を使用すると、それらのインピーダンスは村田のグラフのインピーダンスと非常によく一致するようです。（正確には、ESLは正確に同じではありませんが、十分近いため、同じ値を使用します）

わずか4.7 µF、4.7 µF + 100 nF、2 x 4.7µFでシミュレーションしました。コンデンサ間に1 nHのインダクタンスを追加して、それらを接続するトレースをシミュレートしました。

結果は興味深いものですが、それほど例外ではありません。100nFを 追加すると、反共振周波数を除いてフィルタリングが増加します。別の4.7 µFを追加しても、反共振がないことを除いて同じ効果があります。100 nFは、自己共振周波数でより良く機能しますが、その効果は反共振のフィルタリング性能の損失よりも小さくなります。これに基づいて、より大きなコンデンサを追加するだけです。

ただし、たとえば30 MHzでノイズの問題がある場合は、その周波数を適切にフィルタリングするため、100 nFのコンデンサを追加するのが理にかなっています。

Q1：470pFのコンデンサは本当に役立ちますか？

それは共振周波数です。その周波数でノイズがなければ、それほど多くはありません。

Q2：3つすべてを0201パッケージの単一の1uFコンデンサに置き換えても意味がありませんか？

2つの1 µF 0201コンデンサを追加するのがおそらく良いでしょう。次に、特定の周波数でトラブルに遭遇した場合、そのうちの1つをその周波数でSRFを持つコンデンサに変更できます。また、もう一方を組み立てないままにしておくこともできますが、コンデンサは安いので、気にする必要はありません。

Q3：高い周波数では値の大きいコンデンサはあまり役に立たないと人々が言うとき、それは静電容量によるものであり、どれくらいは通常より大きなキャップに関連するパッケージサイズの増加によるものですか？

ほぼパッケージサイズです。もちろん、より高いSRFが再び役立ちますが、その周波数でノイズがある場合のみです。それ以外の場合は、最大容量を2倍にすることをお勧めします。

答えは簡単です。

• サイズ0201の10nF NP0誘電体コンデンサはありません。

これらの最大容量は約1nFです。そのため、より大きなパッケージが必要になるか、X7R誘電体に固執する必要がありますが、これは10MHzを超える周波数ではあまり動作しません。

すべての理論の重複した答えを読んでください、しかし、ここに良い経験則があります：

大きな値のコンデンサは高い周波数では効果が低く、もちろん小さな値のコンデンサは低い周波数では効果がありません。

したがって、異なるコンデンサはそれぞれ、異なる周波数帯域に対して安定化を提供します。アプリケーションとさまざまな周波数で発生する「ノイズ」の量に応じて、特定の値のコンデンサを適用してパワーバスを安定させる必要があります。

一般的なルールは、少なくとも1〜10uF + 100nFですが、上記の例は、クロック速度が高い回路では非常に適切に見えます。オーディオアプリケーションの場合は、似たようなものが必要ですが、音楽バスの需要をサポートするためのはるかに高い価値があります。

Q1：はい、それは高周波振動とノイズを殺します。Q2：いいえ、高周波ノイズに問題がある可能性があります。

PS：コンデンサピンとICピンの間のインダクタンスを最小化するために、小さなコンデンサをICピンの近くに配置する必要があります。必要に応じて、値の大きいコンデンサをさらに離して配置できます。

電解コンデンサとセラミックなどの2種類のコンデンサを並列に配置すると、はるかに広い周波数範囲で低インピーダンスが実現します。

電解質には大きなインダクタンスがあります。高周波でのインピーダンスは、多くの場合、チップをバイパスするのに十分ではありません。0.01から0.1uF程度の範囲のセラミックコンデンサは、通常、数十メガヘルツまでのインピーダンスが低くなります。

私は線形回路でオペアンプを使用しています。オペアンプは、適切にバイパスされないと、発振したり、過渡応答が非常に悪くなったりします。0.1 uF / 50Vのセラミックコンデンサを、基板の底部にあるチップの電源リードに直接はんだ付けします。電解コンデンサは、チップにかかる負荷要件に従って選択されます。1〜100 uFが一般的です。電解液はチップにできるだけ近づける必要がありますが、必要に応じて通常20〜30 mmで十分です。