- O que você aprenderá
- Premissa: Diferença em Relação à Simulação com Componentes Ideais
- Por que Usar Componentes Reais
- Componentes Utilizados e Obtenção dos Parâmetros S
- Procedimento: Posicionar Componentes de Parâmetros S no Esquemático
- Resultados da Primeira Simulação (Grau Padrão)
- Otimização de Componentes: Troca para Grau de Baixa Perda
- Resultados da Segunda Simulação (Grau de Baixa Perda)
- Análise e Considerações
- Conclusão
- Artigos Relacionados
O que você aprenderá
- Por que há diferença de desempenho entre componentes ideais e componentes reais (indutância parasita, capacitância parasita)
- Como importar dados de parâmetros S da Murata para o uSimmics (anteriormente QucsStudio)
- Resultados de simulação com componentes padrão (GRM03, LQP03TG) e os problemas identificados
- Efeito da melhoria de desempenho ao trocar para componentes de baixa perda (GJM03, LQP03HQ)
- Como avaliar quantitativamente o impacto da seleção de componentes nas características do filtro
Premissa: Diferença em Relação à Simulação com Componentes Ideais
O artigo anterior projetou e simulou no uSimmics (anteriormente QucsStudio) um LPF para comunicações Sub-GHz (915 MHz) usando capacitores e indutores ideais. Este artigo, como continuação, executa uma simulação mais próxima da realidade usando componentes reais da Murata e realiza uma comparação com os componentes ideais.
Referência: Guia de Projeto de Filtro LPF com uSimmics (anteriormente QucsStudio) [2026]
Por que Usar Componentes Reais
Os capacitores e indutores disponíveis como lumped components (componentes concentrados) no uSimmics (anteriormente QucsStudio) são componentes ideais. Os componentes reais contêm os seguintes elementos parasitas, portanto não apresentam as mesmas características dos componentes ideais:
- Indutância Parasita (Parasitic Inductance): Componente de indutância presente nos eletrodos e terminais de capacitores de chip
- Capacitância Parasita (Parasitic Capacitance): Componente de capacitância presente entre os enrolamentos de indutores de chip
- Componente DC (Resistência em CC): Perda de inserção devido à resistência do enrolamento do indutor
Esses elementos parasitas se manifestam notavelmente na faixa de alta frequência (banda de GHz), aparecendo como aumento da perda de inserção na banda de passagem e mudanças nas características de atenuação.
Componentes Utilizados e Obtenção dos Parâmetros S
Nesta simulação, usaremos os capacitores de chip “série GRM03” e indutores de chip “série LQP03TG” da Murata. Estes são componentes padrão amplamente adotados no projeto de equipamentos de comunicação.
Como obter os parâmetros S:
Os dados de parâmetros S de cada componente (formato Touchstone, .s2p) podem ser baixados do site oficial da Murata (SimSurfing).
Lista de Componentes (Grau Padrão)
| Número do Componente | Tipo | Valor |
|---|---|---|
| GRM0332C15R6BA01 | Capacitor de chip | 5,6 pF |
| GRM0332C14R1BA01 | Capacitor de chip | 4,1 pF |
| GRM0334C11R5BA01 | Capacitor de chip | 1,5 pF |
| LQP03TG15NJ02 | Indutor de chip | 15 nH |
| LQP03TG10NJ02 | Indutor de chip | 10 nH |
| LQP03TG3N7B02 | Indutor de chip | 3,7 nH |
Procedimento: Posicionar Componentes de Parâmetros S no Esquemático
No esquemático do uSimmics (anteriormente QucsStudio), posicione em paralelo o filtro composto por componentes ideais e o filtro composto por parâmetros S de componentes reais, e execute a simulação comparativa.
- Abra o uSimmics (anteriormente QucsStudio) e o esquemático do LPF projetado no artigo anterior.
- No painel Components, selecione s-parameter file em system components.
- Posicione o componente s-parameter file no esquemático e dê duplo clique para abrir as propriedades.
- Configure o número de Ports para 2.
- Na propriedade File, selecione o arquivo .s2p baixado da Murata.
- Repita o mesmo procedimento para cada componente (C1, C2, C3, L1, L2, L3).
- Conecte o filtro com componentes reais por fiação e configure a simulação de parâmetros S em paralelo com a versão de componentes ideais.
Resultados da Primeira Simulação (Grau Padrão)
Compare o S21 da simulação usando a série GRM03 e LQP03TG:
- Vermelho: LPF com componentes ideais
- Azul: LPF com componentes reais (grau padrão)
À primeira vista, os componentes reais parecem apresentar maior atenuação na faixa de alta frequência, o que parece ser uma característica melhor, mas ao verificar detalhadamente a banda de passagem (824–915 MHz), a perda de inserção aumenta notavelmente nos componentes reais.
Análise das Causas da Diferença de Desempenho
Na simulação usando a série GRM03 e LQP03TG, foi confirmada uma divergência de perda de inserção de aproximadamente 2 dB em comparação com os componentes ideais. As principais causas desta divergência são:
- Aumento de perdas em alta frequência devido à indutância em série equivalente (ESL) dos capacitores
- Perdas devido à resistência em CC (DCR) e capacitância entre enrolamentos dos indutores
- Perdas devido à resistência em série equivalente (ESR) dos capacitores
Esta divergência de cerca de 2 dB é um nível que afeta as especificações de desempenho da banda de passagem em aplicações reais.
Otimização de Componentes: Troca para Grau de Baixa Perda
Para melhorar a perda de inserção na banda de passagem, troque para componentes de grau de menor perda:
- Capacitores: série GRM03 → série GJM03 (componente DC e ESR reduzidos)
- Indutores: série LQP03TG → série LQP03HQ (alto fator Q, baixa perda)
Lista de Componentes (Grau de Baixa Perda)
| Número do Componente | Tipo | Valor |
|---|---|---|
| GJM0335C1E5R6BB01 | Capacitor de chip (baixa perda) | 5,6 pF |
| GJM0335C1E4R1BB01 | Capacitor de chip (baixa perda) | 4,1 pF |
| GJM0335C1E1R5BB01 | Capacitor de chip (baixa perda) | 1,5 pF |
| LQP03HQ15NH02 | Indutor de chip (alto Q) | 15 nH |
| LQP03HQ10NH02 | Indutor de chip (alto Q) | 10 nH |
| LQP03HQ3N7B02 | Indutor de chip (alto Q) | 3,7 nH |
Resultados da Segunda Simulação (Grau de Baixa Perda)
Ao trocar para a série GJM03 e LQP03HQ e executar a simulação, obtiveram-se características próximas aos componentes ideais.
| Item de Comparação | Grau Padrão | Grau de Baixa Perda |
|---|---|---|
| Divergência com componentes ideais (perda de inserção) | Cerca de 2 dB | Cerca de 1 dB |
| Características da banda de passagem | Risco de violação de especificações | Dentro das especificações |
A troca para o grau de baixa perda melhorou a divergência para aproximadamente 1 dB.
Análise e Considerações
Este resultado demonstra a importância da seleção adequada do grau de componente de acordo com as especificações de desempenho exigidas. A simulação com parâmetros S de componentes reais pode revelar divergências de desempenho que não seriam visíveis em simulações apenas com componentes ideais.
Vantagens de incorporar a simulação com componentes reais no fluxo de projeto:
– Possibilidade de prever com alta precisão o desempenho real antes da produção em série
– Quantificação das diferenças de desempenho devido à diferença de grau dos componentes
– Avaliação do trade-off entre custo e desempenho na fase de projeto
Conclusão
A simulação com parâmetros S de componentes reais no uSimmics (anteriormente QucsStudio) é muito eficaz no processo de projeto. Especialmente no projeto de filtros de alta frequência onde se exige otimização fina do desempenho, é possível alcançar com segurança o desempenho alvo realizando verificações repetidas enquanto se varia o grau dos componentes. A combinação de simulação com componentes ideais e simulação com componentes reais é a chave para um projeto de filtro de alta precisão.
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