Regra de “dois capacitores de desvio / desacoplamento”?

Eu encontrei muitas discussões sobre capacitores de desvio e seu objetivo. Geralmente, eles vêm como um par de 0,1uF e 10uF. Por que tem que ser um par? Alguém tem uma boa referência a um artigo ou artigo, ou poderia fornecer uma boa explicação? Desejo ter uma pequena teoria sobre o porquê DOIS e o propósito de CADA.

Capacitores reais têm indutância e resistência. O objetivo de um capacitor de derivação é responder rapidamente aos transitórios de corrente para manter uma tensão estável. A indutância e resistência da série são contrárias a esse objetivo.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

À medida que a corrente através dos capacitores aumenta, a tensão sobre os resistores aumenta pela lei de Ohm. Isso é contrário ao objetivo de manter uma tensão estável. À medida que a corrente através do capacitor muda, a tensão nos indutores também muda (lembre-se: $v=L \frac{di}{dt}$ ), novamente contra a meta.

Ao colocar capacitores em paralelo, as capacitâncias aumentam. Geralmente isso é bom, porque mais capacitância resiste a mudanças de tensão mais fortemente.

Ao mesmo tempo, resistências ou indutâncias paralelas são efetivamente diminuídas. A indutância efetiva (as resistências são semelhantes) deste circuito é

Portanto, capacitores paralelos aumentam as coisas que você deseja (capacitância) e diminuem as coisas que você não deseja (indutância, resistência).

Além disso, capacitores de baixo valor, em virtude de seu tamanho menor, tendem a ter uma indutância mais baixa e, portanto, são mais adequados para operações de alta frequência.

Obviamente, isso só funciona até certo ponto, porque qualquer maneira real de conectar capacitores em paralelo aumenta a indutância. Em algum momento, há indutância suficiente adicionada pelo caminho a um capacitor adicional que não traz nenhum benefício. Obter o layout certo para minimizar a indutância é uma parte significativa do projeto de circuitos de alta frequência. Dê uma olhada em todos os capacitores em torno de uma CPU para ter uma idéia. Aqui, você pode ver muitos no centro do soquete e ainda mais na parte inferior da placa que não são visíveis:

http://www.ti.com/lit/an/scba007a/scba007a.pdf

Você verá o grande capacitor chamado de capacitor "banco" ou "em massa". Os menores também são, obviamente, capacitores "bypass". A idéia básica é que, no mundo real, os parasitas de um capacitor não sejam ideais. Seu capacitor de "banco" ajudará no consumo de energia transiente (mudanças na mudança de corrente real), mas, devido a problemas do mundo real, se o ruído de RF (EMI) entrar em ação, o capacitor de desvio menor deixará esse ruído curto antes de aterrá-lo. chega ao seu IC. Além disso, esses dois capacitores ajudarão a suprimir os transientes de comutação, além de melhorar o isolamento entre circuitos.

Embora a física seja a mesma, a terminologia é alterada para sua função. Os capacitores "bancários" fornecem "uma pequena taxa extra (como um banco de cobrança). Os "desvios" permitem que o ruído passe pelo seu IC sem danificar o sinal. Capacitores de "suavização" reduzem a ondulação da fonte de alimentação. Os capacitores de "desacoplamento" isolam duas partes de um circuito.

Portanto, na prática, você coloca um limite de banco próximo a um limite de derivação e seus 10uF e 0,1uF. Mas dois é apenas arbitrário. Você tem algum RF na sua placa? Também pode precisar de um limite de 1nF.

Um exemplo simples de impedância do mundo real pode ser visto nesta figura. Um limite ideal seria apenas uma grande inclinação descendente para sempre. No entanto, os limites menores são melhores em frequências mais altas no mundo real. Então, você empilha DOIS (ou TRÊS, OU MAIS MUITOS) próximos um do outro para obter a menor impedância total.

Entretanto, li opiniões divergentes sobre isso, dizendo que a auto-ressonância entre os dois realmente cria uma impedância ALTA em determinadas frequências e deve ser evitada, mas isso é outra questão.

Vou tentar simplificar um pouco.

Os limites menores são chamados de desvios, mas seu principal objetivo é lidar com picos de alta frequência. Eles precisam ser pequenos para descarregar e carregar rapidamente, em resposta à frequência com que os picos entram.

Os limites maiores são chamados de limites a granel e lidam com oscilações maiores da corrente. Principalmente se você colocar uma carga enorme em um trilho de repente, precisará de tampas maiores para ajudar a fornecer a nova carga.

Além disso, o fato de ter dois capacitores também ajuda a reduzir a Resistência em Série Equivalente (ESR), um atributo variável herdado, e isso se torna especialmente importante ao fabricar fontes de alimentação a bordo.