Um capacitor de cerâmica de 0402 0,01 µF ao lado de um capacitor de cerâmica de 0402 0,1 µF terá algum benefício de desacoplamento de energia?

Eu sempre entendi que o objetivo de usar capacitores menores em paralelo era fornecer baixa impedância em frequências mais altas que os capacitores maiores, porque os capacitores de capacitância mais alta 'geralmente' tinham pacotes maiores, de modo que a indutância parasitária negava sua capacitância a partir de uma certa frequência e até .

No entanto, se as duas tampas tiverem a mesma embalagem ( 0402 neste caso), há algum benefício?

Este é um assunto um pouco controverso. Algumas pessoas parecem sentir que um capacitor além da ressonância não tem nenhum benefício em contornar. Outros apontam que mesmo a ressonância passada da peça é basicamente apenas um indutor muito pequeno em curto-circuito ao terra e ainda possui impedância razoavelmente baixa.

Este gráfico de Murata mostra a (magnitude da) impedância vs. frequência para três valores diferentes de capacitores no mesmo pacote (0402):

Isso mostra que depois que uma parte de alto valor (como 0,1 uF) passa por ressonância, uma parte de menor valor (como 0,01 uF) apenas atinge uma impedância mais baixa antes de atingir a ressonância e seu comportamento ser dominado por seu parasita indutivo, que é basicamente o mesmo que na parte de alto valor.

Dito isto, como outros salientaram, quanto mais capacitores você puder colocar em paralelo, mais você reduzirá a resistência e a indutância em série do conjunto de peças; portanto, adicionar mais peças ajudará pelo menos um pouco.

Editar:

Devo também salientar que, se você começar a considerar valores maiores em pacakges maiores, digamos 1 uF em 0805 e 10 uF em um pacote eletrolítico de tamanho A, você pode definitivamente melhorar a impedância em frequências mais baixas (abaixo de 10 MHz).

Assumindo que a indutância é essencialmente fixa para um determinado tamanho de pacote, a capacitância de menor valor terá um SRF maior, em torno do qual se desacoplará com mais eficiência. Mais de um de cada valor reduz a indutância / VHS para diminuir a impedância em torno dessa frequência. Conjuntos de valores diferentes fornecem uma baixa impedância em toda a faixa necessária.

Este documento Xilinx (xapp623) detalha detalhadamente os detalhes da dissociação e por que valores diferentes são usados.

Para citar uma parte relevante - eles dizem:

Frequência Efetiva do Capacitor

Todo capacitor possui uma banda de frequência estreita, onde é mais eficaz como um capacitor de desacoplamento. Fora dessa banda, ele tem alguma contribuição para o PDS, mas em geral é muito menor. As bandas de frequência de alguns capacitores são mais amplas que outras. O ESR do capacitor determina o fator de qualidade (Q) do capacitor, que determina a largura da banda de frequência efetiva. Os capacitores de tântalo geralmente têm uma banda efetiva muito ampla, enquanto os capacitores de chip X7R e X5R, com seu ESR mais baixo, geralmente têm uma banda efetiva muito estreita. A banda de frequência efetiva corresponde à frequência ressonante do capacitor. Embora um capacitor ideal tenha apenas uma característica capacitiva, os capacitores reais não ideais também possuem ESL de indutância parasitária e ESR de resistência parasitária. Esses parasitas atuam em série para formar um circuito RLC (Figura 3). A frequência ressonante associada a esse circuito RLC é a frequência ressonante do capacitor.

Você está correto: o benefício não se deve aos valores diferentes, mas ao fato de que eles estão em paralelo, reduzindo pela metade a ESR agregada e a indutância de alta frequência. Como o Sr. Johnson [8.2.4] colocou:

A melhor maneira de obter indutância muito baixa é paralelizar muitos capacitores pequenos.

Valores diferentes de ESR são importantes para sinais ou ruídos acima de 10 MHz; acima de 100 MHz, apenas a indutância do pacote (chumbo) é importante.

Isso me lembra outra citação, no entanto, repetida por Donald Knuth:

Otimização prematura é a raiz de todo o mal.

Capacitores paralelos podem ter um efeito indesejável devido à ressonância entre os capacitores adjacentes. Por exemplo, usando os dados mostrados no comentário acima, a indutância equivalente no tamanho do caso 0402 é aproximadamente 0,4 nH. Com uma simulação de especiaria de um capacitor paralelo de 0,1uF e 0,01uF com 0,4nH em série com cada capacitor, os dois pacotes de capacitores 0402 tornam-se ressonantes paralelos a cerca de 60 MHz, com uma ressonância de série seguinte a cerca de 80 MHz. Com o desvio de RF, isso pode se tornar crítico.