¿Por qué es necesario que los condensadores estén lo más cerca posible del dispositivo?

  

Es que la inductancia,

Sí

  

resistencia

Sí

  

o tal vez la impedancia de la pista de PCB

Sí

  

o cable

Sí

  

¿Que afecta la carga eléctrica?

hmm ... afecta la corriente eléctrica, no tanto la carga. La corriente desde el capacitor al dispositivo desacoplado debe cumplir con la menor "obstrucción" posible.

Los dispositivos pueden tener enormes corrientes de arranque al conmutar y sin desacoplar esta corriente de arranque, junto con la resistencia / inductancia del cableado pueden hacer que el voltaje de la fuente de alimentación caiga por debajo del voltaje operativo mínimo de la fuente de alimentación. La tapa de desacoplamiento está ahí para evitar esta situación. Al mantener el bucle pequeño, baja inductancia y baja resistencia, el condensador puede aislar la corriente de arranque de la fuente de alimentación real que tiene trazas / cables mucho más largos y con esa impedancia más alta.

Esta es una especificación de BS (suponiendo que esté hablando de tapas de bypass para un IC digital moderno). "Lo más cerca posible" es simplemente una tontería. ¿Quién define "posible"?

Todos deberíamos protestar cuando veamos cosas así en una hoja de datos.

Lo que necesitamos ver es los requisitos reales. Al igual que la impedancia máxima de DC a una frecuencia máxima, o algo así (escribí sobre eso aquí ).

Suponiendo que está utilizando dos planos de potencia sólida estrechamente acoplados (que de lejos es la forma más fácil de hacer una distribución de energía decente en una PCB para piezas digitales modernas), la distancia realmente no importa en el caso tipico

¿Sorprendido? Esto es en realidad una vieja noticia. Bien documentado hace 20 años más o menos.

Observe el par de planos de potencia estrechamente acoplados como una línea de transmisión muy ancha (impedancia muy baja). Recuerde que un condensador discreto tiene una frecuencia de resonancia de alrededor de 100MHz o menos.

Sirecuerdalafórmulaparapasardelanchodebandaaltiempodesubida:BW=0.35/t_r,esobvioqueuncapacitordiscretotendráun"tiempo de subida" del orden de 3.5 ns o más. Eso corresponde a más de 50cm en un tablero. La mayoría de las tablas son de ese tamaño o más pequeñas, por lo que casi cualquier parte de la tabla estará bien.

La inductancia de los planos es prácticamente cero en comparación con la inductancia del condensador y su montaje.

La resistencia de un plano de Cu sólido también es muy baja, pero hay que tener en cuenta no solo el bypass, sino también en DC si utiliza partes de muy bajo voltaje (1,2 V como ejemplo) con un consumo de energía muy alto ( 10A como ejemplo).

Siéntase libre de detallar su pregunta, si no cree que cubrí la respuesta que estaba buscando. Puedo hablar de esto por horas. Pero la conclusión es:

La distancia NO importa en el caso típico.

Vale la pena mencionar que en algunas ocasiones, la corriente eliminada en una pista de PCB relativamente larga puede hacer que "otros" chips reciban interferencias, es decir, el chip principal que toma las oleadas grandes todavía podría estar bien con un límite a cierta distancia, pero otros circuitos (posiblemente más sensibles) en las mismas líneas de alimentación pueden no estar.

Las emisiones irradiadas y conducidas también pueden ser un problema cuando un capacitor no se coloca lo más cerca posible del dispositivo que está tomando las sobrecargas de corriente.

También hay un lado inferior pequeño / más raro y eso ocurre (como ejemplo), en los reguladores de voltaje cuando la alimentación de cobre del chip tiene una inductancia bastante significativa. En situaciones de encendido, la inductancia de línea y el capacitor muy local pueden formar un circuito sintonizado resonante y, por un breve instante en el tiempo, el voltaje a través del capacitor puede elevarse muy por encima del nivel máximo de voltaje del dispositivo (a pesar del los niveles normales de voltaje de alimentación son perfectamente aceptables). Esto se puede aliviar de alguna manera al no tener el capacitor tan cerca o tener una capacitancia distribuida que sea capaz de confundir el pico principal de resonancia. Es raro como dije.