¿Tendrá algún beneficio de desacoplamiento de potencia un condensador de cerámica 0402 0.01 µF junto a un condensador de cerámica 0402 0.1 µF?

Siempre entendí que el punto de usar condensadores más pequeños en paralelo era proporcionar una baja impedancia a frecuencias más altas que los condensadores más grandes, porque los capacitores de capacitancia más alta 'generalmente' tenían paquetes más grandes, por lo que la inductancia parásita negaba su capacitancia desde una cierta frecuencia y hacia arriba .

Sin embargo, si ambas tapas tienen el mismo empaque ( 0402 en este caso), ¿hay algún beneficio?

Este es un tema un poco controvertido. Algunas personas parecen sentir que un condensador más allá de la resonancia no tiene ningún beneficio para eludir. Otros señalan que incluso la resonancia pasada, la parte es básicamente un inductor muy pequeño en cortocircuito a tierra y todavía tiene una impedancia bastante baja.

Este gráfico de Murata muestra la (magnitud de) la impedancia frente a la frecuencia para tres valores diferentes de condensadores en el mismo paquete (0402):

Esto muestra que después de que una parte de alto valor (como 0.1 uF) pasa la resonancia, una parte de menor valor (como 0.01 uF) apenas alcanza una impedancia más baja antes de que también alcance la resonancia y su comportamiento se domine por su parásito inductivo, que es básicamente lo mismo que en la parte de alto valor.

Dicho esto, como otros han señalado, cuantos más condensadores pueda poner en paralelo, más reducirá la resistencia en serie y la inductancia del conjunto de partes; por lo que agregar más partes ayudará al menos un poco.

Editar:

También debo señalar que si comienza a considerar valores más grandes en paquetes más grandes, digamos 1 uF en 0805 y 10 uF en un paquete electrolítico de tamaño A, definitivamente puede mejorar la impedancia a frecuencias más bajas (por debajo de 10 MHz).

Suponiendo que la inductancia es esencialmente fija para un tamaño de paquete dado, la capacitancia de menor valor tendrá un SRF más alto, alrededor del cual se desacoplará de manera más efectiva. Más de uno de cada valor reduce la inductancia / ESR para reducir la impedancia alrededor de esta frecuencia. Los conjuntos de valores diferentes proporcionan una baja impedancia en todo el rango necesario.

Este documento de Xilinx (xapp623) entra en gran detalle sobre las entradas y salidas del desacoplamiento y por qué se utilizan diferentes valores.

Para citar una parte relevante, dicen:

Frecuencia efectiva del condensador

Cada condensador tiene una banda de frecuencia estrecha donde es más efectivo como condensador de desacoplamiento. Fuera de esta banda, tiene alguna contribución al PDS pero en general es mucho más pequeña. Las bandas de frecuencia de algunos condensadores son más anchas que otras. El ESR del condensador determina el factor de calidad (Q) del condensador, que determina el ancho de la banda de frecuencia efectiva. Los condensadores de tantalio generalmente tienen una banda efectiva muy amplia, mientras que los condensadores de chip X7R y X5R, con su ESR más bajo, generalmente tienen una banda efectiva muy estrecha. La banda de frecuencia efectiva corresponde a la frecuencia de resonancia del condensador. Mientras que un capacitor ideal solo tiene una característica capacitiva, los capacitores reales no ideales también tienen una ESL de inductancia parásita y una ESR de resistencia parásita. Estos parásitos actúan en serie para formar un circuito RLC (Figura 3). La frecuencia resonante asociada con ese circuito RLC es la frecuencia resonante del condensador.

Tiene razón: el beneficio no se debe a los diferentes valores, sino al hecho de que están en paralelo, reduciendo a la mitad el ESR agrupado y la inductancia de alta frecuencia. Como dijo el Sr. Johnson [8.2.4]:

La mejor manera de obtener una inductancia muy baja es poner en paralelo muchos condensadores pequeños.

Diferentes valores de ESR importan para señales o ruido por encima de 10MHz; por encima de 100MHz, solo importa la inductancia del paquete (plomo).

Sin embargo, esto me recuerda otra cita, repetida por Donald Knuth:

La optimización prematura es la fuente de todos los males.

Los condensadores en paralelo pueden tener un efecto indeseable debido a la resonancia entre los condensadores adyacentes. Por ejemplo, utilizando los datos que se muestran en el comentario anterior, la inductancia equivalente en el tamaño del caso 0402 es aproximadamente 0.4nH. Con una simulación de especias de un condensador paralelo de 0.1uF y 0.01uF con 0.4nH en serie con cada condensador, los dos paquetes de condensadores 0402 se vuelven resonantes paralelos a aproximadamente 60 MHz, con una resonancia en serie siguiente a aproximadamente 80 MHz. Con la omisión de RF, esto puede volverse crítico.