- Lo que aprenderás
- Contexto: diferencias respecto a la simulación con componentes ideales
- Por qué usar componentes reales
- Componentes utilizados y obtención de parámetros S
- Procedimiento: colocación de componentes de parámetros S en el esquemático
- Resultados de la primera simulación (grado estándar)
- Optimización de componentes: cambio a grado de baja pérdida
- Resultados de la segunda simulación (grado de baja pérdida)
- Análisis y consideraciones
- Conclusión
- Artículos relacionados
Lo que aprenderás
- Por qué existen diferencias de rendimiento entre componentes ideales y reales (inductancia parásita, capacidad parásita)
- Cómo importar datos de parámetros S de Murata en uSimmics (anteriormente QucsStudio)
- Resultados de simulación con componentes estándar (GRM03 y LQP03TG) y sus limitaciones
- Mejora del rendimiento al cambiar a componentes de baja pérdida (GJM03 y LQP03HQ)
- Métodos de evaluación cuantitativa del impacto de la selección de componentes en las características del filtro
Contexto: diferencias respecto a la simulación con componentes ideales
En el artículo anterior se diseñó y simuló con uSimmics (anteriormente QucsStudio) un LPF para comunicaciones Sub-GHz (915 MHz) usando condensadores e inductores ideales. Este artículo es la continuación: se realiza una simulación más realista con componentes reales de Murata y se comparan los resultados con los componentes ideales.
Referencia: Guía de diseño de LPF con uSimmics (anteriormente QucsStudio) [2026]
Por qué usar componentes reales
Los condensadores e inductores disponibles como componentes concentrados (lumped components) en uSimmics (anteriormente QucsStudio) son componentes ideales. Los componentes reales contienen los siguientes elementos parásitos, por lo que sus características difieren de las ideales:
- Inductancia parásita: componente inductiva presente en los electrodos y terminales de los condensadores de chip
- Capacidad parásita: componente capacitiva presente entre los devanados de los inductores de chip
- Resistencia de CC: pérdida de inserción debida a la resistencia del devanado del inductor
Estos elementos parásitos se manifiestan especialmente en la banda de alta frecuencia (banda GHz), aumentando la pérdida de inserción en la banda de paso y modificando las características de atenuación.
Componentes utilizados y obtención de parámetros S
En esta simulación se utilizan los condensadores de chip de la serie GRM03 y los inductores de chip de la serie LQP03TG de Murata. Son componentes estándar ampliamente utilizados en el diseño de equipos de comunicación.
Cómo obtener los parámetros S:
Los datos de parámetros S (formato Touchstone, .s2p) de cada componente se pueden descargar desde el sitio web oficial de Murata (SimSurfing).
Lista de componentes (grado estándar)
| Número de pieza | Tipo | Valor |
|---|---|---|
| GRM0332C15R6BA01 | Condensador de chip | 5,6 pF |
| GRM0332C14R1BA01 | Condensador de chip | 4,1 pF |
| GRM0334C11R5BA01 | Condensador de chip | 1,5 pF |
| LQP03TG15NJ02 | Inductor de chip | 15 nH |
| LQP03TG10NJ02 | Inductor de chip | 10 nH |
| LQP03TG3N7B02 | Inductor de chip | 3,7 nH |
Procedimiento: colocación de componentes de parámetros S en el esquemático
Se colocan en paralelo en el esquemático de uSimmics (anteriormente QucsStudio) el filtro compuesto por componentes ideales y el filtro compuesto por parámetros S de componentes reales, y se realiza la simulación comparativa.
- Inicie uSimmics (anteriormente QucsStudio) y abra el esquemático del LPF diseñado en el artículo anterior.
- En el panel Components, seleccione s-parameter file dentro de system components.
- Coloque el componente s-parameter file en el esquemático, haga doble clic y abra sus propiedades.
- Establezca el número de Ports en 2.
- En la propiedad File, seleccione el archivo .s2p descargado de Murata.
- Repita el mismo procedimiento para cada componente (C1, C2, C3, L1, L2, L3).
- Conecte el filtro de componentes reales y configure la simulación de parámetros S en paralelo con la versión de componentes ideales.
Resultados de la primera simulación (grado estándar)
Se compara el S21 de la simulación con la serie GRM03 y la serie LQP03TG:
- Rojo: LPF con componentes ideales
- Azul: LPF con componentes reales (grado estándar)
A primera vista los componentes reales parecen tener mejores características por su mayor atenuación en alta frecuencia, pero al examinar en detalle la banda de paso (824–915 MHz), la pérdida de inserción de los componentes reales aumenta de forma notable.
Análisis de la causa de las diferencias
La simulación con la serie GRM03 y LQP03TG mostró una desviación de aproximadamente 2 dB en la pérdida de inserción respecto a los componentes ideales. Las principales causas son:
- Mayor pérdida en alta frecuencia debida a la inductancia serie equivalente (ESL) del condensador
- Pérdidas por la resistencia de CC (DCR) y la capacidad entre devanados del inductor
- Pérdidas debidas a la resistencia serie equivalente (ESR) del condensador
Esta desviación de aproximadamente 2 dB es de un nivel que puede afectar a las especificaciones de rendimiento en la banda de paso en aplicaciones reales.
Optimización de componentes: cambio a grado de baja pérdida
Para mejorar la pérdida de inserción en la banda de paso, se cambia a componentes de menor pérdida:
- Condensadores: serie GRM03 → serie GJM03 (CC y ESR reducidos)
- Inductores: serie LQP03TG → serie LQP03HQ (mayor factor Q, menor pérdida)
Lista de componentes (grado de baja pérdida)
| Número de pieza | Tipo | Valor |
|---|---|---|
| GJM0335C1E5R6BB01 | Condensador de chip (baja pérdida) | 5,6 pF |
| GJM0335C1E4R1BB01 | Condensador de chip (baja pérdida) | 4,1 pF |
| GJM0335C1E1R5BB01 | Condensador de chip (baja pérdida) | 1,5 pF |
| LQP03HQ15NH02 | Inductor de chip (alto Q) | 15 nH |
| LQP03HQ10NH02 | Inductor de chip (alto Q) | 10 nH |
| LQP03HQ3N7B02 | Inductor de chip (alto Q) | 3,7 nH |
Resultados de la segunda simulación (grado de baja pérdida)
Al cambiar a la serie GJM03 y LQP03HQ se obtienen características más próximas a las de los componentes ideales:
| Parámetro de comparación | Grado estándar | Grado de baja pérdida |
|---|---|---|
| Desviación respecto a componentes ideales (pérdida de inserción) | ~2 dB | ~1 dB |
| Características en banda de paso | Riesgo de incumplimiento de especificaciones | Dentro de especificaciones |
Con el cambio al grado de baja pérdida, la desviación se reduce a aproximadamente 1 dB.
Análisis y consideraciones
Estos resultados demuestran la importancia de seleccionar el grado de componentes adecuado en función de las especificaciones de rendimiento requeridas. La simulación con parámetros S de componentes reales permite identificar desviaciones de rendimiento que no son visibles con simulaciones de solo componentes ideales.
Ventajas de incorporar la simulación con componentes reales en el flujo de diseño:
– Predicción del rendimiento real con alta precisión antes de la producción en serie
– Cuantificación de las diferencias de rendimiento entre distintos grados de componentes
– Evaluación en la fase de diseño del compromiso entre coste y rendimiento
Conclusión
La simulación con parámetros S de componentes reales en uSimmics (anteriormente QucsStudio) es muy eficaz en el proceso de diseño. En particular, en el diseño de filtros de alta frecuencia donde se requiere una optimización detallada del rendimiento, la verificación iterativa con diferentes grados de componentes permite alcanzar de forma fiable las especificaciones objetivo. Combinar la simulación con componentes ideales y la simulación con componentes reales es la clave para un diseño de filtros de alta precisión.
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