Extracción de parámetros del circuito equivalente de condensadores MLCC con uSimmics (anteriormente QucsStudio) [2026]

Con uSimmics (anteriormente QucsStudio) es posible extraer los parámetros del circuito equivalente de un condensador MLCC (condensador cerámico multicapa) a partir de parámetros S medidos experimentalmente. En este artículo se explica el proceso completo: desde la medición con un analizador de redes hasta la importación en uSimmics (anteriormente QucsStudio) y el ajuste fino del modelo mediante la función Tune, con el objetivo de obtener simulaciones de alta precisión.

Lo que aprenderás

• Diferencias entre un condensador ideal y un MLCC real: componentes parásitas y su impacto en RF
• Medición de parámetros S con un VNA y exportación en formato Touchstone
• Importación de datos medidos en uSimmics (anteriormente QucsStudio) y ejecución de la simulación
• Construcción del circuito equivalente (C, ESL, ESR) y extracción de parámetros
• Optimización de la inductancia y la resistencia con la función Tune

1. Condensador ideal frente a MLCC real

Características del condensador ideal

Un condensador ideal queda completamente definido por su valor de capacidad C. Su impedancia sigue la expresión:

Z = 1 / (jωC) = 1 / (j × 2πf × C)

A mayor frecuencia, menor impedancia: el condensador atenúa la señal de forma monótona.

Componentes parásitas del MLCC real

Un MLCC real (Multi Layer Ceramic Capacitor) presenta, además de la capacidad principal, los siguientes parásitos:

Debido a estas parásitas, el MLCC real presenta una frecuencia de autorresonancia (SRF: Self Resonant Frequency). Por debajo de la SRF actúa como condensador; por encima, como inductancia.

Cálculo de la SRF

SRF = 1 / (2π × √(L × C))

Para aplicaciones de desacoplo o filtros de RF, es imprescindible verificar la SRF durante la selección del componente.

2. Por qué extraer los parámetros del circuito equivalente

Las hojas de datos de los MLCC suelen incluir los valores de C, ESL y ESR. Sin embargo, las condiciones de montaje reales (PCB, pad, componentes adyacentes) pueden desviar las características respecto a los valores del datasheet.

La extracción de parámetros a partir de mediciones reales permite:

• Simulaciones de alta precisión que reflejan el montaje real
• Predicción precisa de la respuesta de filtros y circuitos de desacoplo
• Evaluación de la dispersión entre lotes de producción

3. Medición de parámetros S

Componente utilizado

Paso 1: Medición con el analizador de redes (VNA)

1. Montar el MLCC en la fixture de medición.
2. Calibrar el VNA (método SOLT u otro apropiado) para garantizar la exactitud de la medición.
3. Medir la característica S12 (o S21) en el rango de 100 MHz a 3 GHz.
4. Exportar los datos medidos en formato Touchstone (archivo .s2p).

El formato Touchstone es el estándar para describir parámetros S de dispositivos de RF y es compatible con uSimmics (anteriormente QucsStudio).

4. Procedimiento de simulación en uSimmics (anteriormente QucsStudio)

Paso 2: Creación del esquemático e importación de parámetros S

1. Iniciar uSimmics (anteriormente QucsStudio) y crear un nuevo esquemático.
2. En la librería «system components», colocar el componente de archivo de parámetros S (SPfile).
3. Cargar el archivo Touchstone (.s2p) medido en el componente SPfile.
4. Conectar los puertos de señal y la referencia GND para formar el circuito de transmisión en paralelo a GND.

Paso 3: Ejecución y observación de la simulación de parámetros S

1. Agregar el bloque de simulación de parámetros S al esquemático.
2. Configurar el rango de frecuencias de 100 MHz a 3 GHz.
3. Ejecutar la simulación y mostrar S21 (característica de transmisión).

Comportamiento observado del condensador:

• De 100 MHz a aprox. 1 GHz: la atenuación de transmisión aumenta con la frecuencia (comportamiento capacitivo normal).
• Cerca de la SRF: la atenuación alcanza su máximo (resonancia serie, impedancia mínima, máxima derivación a GND).
• Por encima de la SRF: la atenuación disminuye (el componente comienza a actuar como inductancia).

A diferencia del condensador ideal, cuya atenuación aumenta monotónamente, el MLCC real cambia de comportamiento al superar la SRF.

5. Construcción del circuito equivalente y extracción de parámetros

Paso 4: Construcción del circuito equivalente

Para modelar el condensador real se construye el siguiente circuito equivalente:

Port1 ─── L1 ─── C1 ─── Port2
                  │
                GND

Detalle de los componentes:

El componente Capacitor de uSimmics (anteriormente QucsStudio) permite introducir el ESR directamente. El componente Inductor dispone de una propiedad de resistencia serie configurable.

1. Colocar el componente Capacitor en el esquemático y fijar C = 100 pF.
2. Conectar en serie el componente Inductor.
3. Superponer en la misma gráfica los resultados de la simulación con el archivo de parámetros S medidos y los del circuito equivalente.

Paso 5: Optimización del valor de inductancia con la función Tune

uSimmics (anteriormente QucsStudio) incluye la función Tune para ajustar valores de componentes de forma interactiva:

1. Acceder a «Simulation» → «Tune» para activar la función.
2. Seleccionar el valor de L1 como parámetro a ajustar.
3. Mover el deslizador para variar L1 hasta que la frecuencia de resonancia (SRF) del circuito equivalente coincida con la medición real.
4. Registrar el valor de L1 en el punto de coincidencia.

Para el MLCC de 100 pF de este ejemplo, se obtuvo L1 = 0,2739 nH como valor que hace coincidir la SRF con la medición.

Paso 6: Optimización de la resistencia serie equivalente (ESR)

A continuación se ajusta el ESR para igualar la profundidad del mínimo de S21 en la resonancia:

1. Abrir las propiedades del componente L1 e introducir un valor inicial de ESR en el campo «Series Resistance».
2. Usar como referencia el rango típico de ESR para condensadores de chip: 0,1 Ω a 0,2 Ω.
3. Ajustar el ESR con la función Tune hasta igualar la profundidad del mínimo de resonancia en los parámetros S medidos.
4. Para el componente de este ejemplo se obtuvo ESR = 0,18 Ω como valor óptimo.

6. Resumen de parámetros extraídos

Resultados de la extracción para el MLCC de 100 pF:

Con este modelo de circuito equivalente se puede simular con alta precisión cualquier circuito que incluya este MLCC de 100 pF.

7. Aplicaciones del modelo de circuito equivalente

Los parámetros extraídos son directamente utilizables en los siguientes ámbitos de diseño:

• Circuitos de desacoplo: selección óptima de capacidad y tamaño considerando la SRF para líneas de alimentación.
• Diseño de filtros LC: predicción precisa de la respuesta en banda pasante y banda de rechazo.
• Redes de adaptación de impedancia RF: simulación de alta precisión de redes de adaptación con condensadores de chip.
• Análisis EMC: análisis de rutas de EMI (interferencias electromagnéticas) con modelos que incluyen parásitas.

8. Conclusión

La función Tune de uSimmics (anteriormente QucsStudio) permite comparar iterativamente los resultados de simulación con las mediciones reales y extraer con precisión los parámetros del circuito equivalente del MLCC (C, ESL, ESR). Incorporar estos parámetros en el modelo de simulación produce resultados que reflejan fielmente las condiciones reales de montaje, lo que mejora la fiabilidad y la calidad del diseño de circuitos.

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