Branch data Line data Source code
1 : : /*
2 : : * photodiode.core.cpp - device implementations for photodiode module
3 : : *
4 : : * This is free software; you can redistribute it and/or modify
5 : : * it under the terms of the GNU General Public License as published by
6 : : * the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
7 : : * any later version.
8 : : *
9 : : */
10 : :
11 : : #if HAVE_CONFIG_H
12 : : #include <config.h>
13 : : #endif
14 : :
15 : : #include "photodiode.analogfunction.h"
16 : : #include "component.h"
17 : : #include "device.h"
18 : : #include "photodiode.core.h"
19 : :
20 : : #ifndef CIR_photodiode
21 : : #define CIR_photodiode -1
22 : : #endif
23 : :
24 : : // external nodes
25 : : #define Anode 0
26 : : #define Cathode 1
27 : : #define Light 2
28 : : // internal nodes
29 : : #define n1 3
30 : :
31 : : // useful macro definitions
32 : : #define NP(node) real (getV (node))
33 : : #define BP(pnode,nnode) (NP(pnode) - NP(nnode))
34 : : #define _load_static_residual2(pnode,nnode,current)\
35 : : _rhs[pnode] -= current;\
36 : : _rhs[nnode] += current;
37 : : #define _load_static_augmented_residual2(pnode,nnode,current)\
38 : : _rhs[pnode] -= current;\
39 : : _rhs[nnode] += current;
40 : : #define _load_static_residual1(node,current)\
41 : : _rhs[node] -= current;
42 : : #define _load_static_augmented_residual1(node,current)\
43 : : _rhs[node] -= current;
44 : : #define _load_static_jacobian4(pnode,nnode,vpnode,vnnode,conductance)\
45 : : _jstat[pnode][vpnode] += conductance;\
46 : : _jstat[nnode][vnnode] += conductance;\
47 : : _jstat[pnode][vnnode] -= conductance;\
48 : : _jstat[nnode][vpnode] -= conductance;\
49 : : if (doHB) {\
50 : : _ghs[pnode] += conductance * BP(vpnode,vnnode);\
51 : : _ghs[nnode] -= conductance * BP(vpnode,vnnode);\
52 : : } else {\
53 : : _rhs[pnode] += conductance * BP(vpnode,vnnode);\
54 : : _rhs[nnode] -= conductance * BP(vpnode,vnnode);\
55 : : }
56 : : #define _load_static_jacobian2p(node,vpnode,vnnode,conductance)\
57 : : _jstat[node][vpnode] += conductance;\
58 : : _jstat[node][vnnode] -= conductance;\
59 : : if (doHB) {\
60 : : _ghs[node] += conductance * BP(vpnode,vnnode);\
61 : : } else {\
62 : : _rhs[node] += conductance * BP(vpnode,vnnode);\
63 : : }
64 : : #define _load_static_jacobian2s(pnode,nnode,node,conductance)\
65 : : _jstat[pnode][node] += conductance;\
66 : : _jstat[nnode][node] -= conductance;\
67 : : if (doHB) {\
68 : : _ghs[pnode] += conductance * NP(node);\
69 : : _ghs[nnode] -= conductance * NP(node);\
70 : : } else {\
71 : : _rhs[pnode] += conductance * NP(node);\
72 : : _rhs[nnode] -= conductance * NP(node);\
73 : : }
74 : : #define _load_static_jacobian1(node,vnode,conductance)\
75 : : _jstat[node][vnode] += conductance;\
76 : : if (doHB) {\
77 : : _ghs[node] += conductance * NP(vnode);\
78 : : } else {\
79 : : _rhs[node] += conductance * NP(vnode);\
80 : : }
81 : : #define _load_dynamic_residual2(pnode,nnode,charge)\
82 : : if (doTR) _charges[pnode][nnode] += charge;\
83 : : if (doHB) {\
84 : : _qhs[pnode] -= charge;\
85 : : _qhs[nnode] += charge;\
86 : : }
87 : : #define _load_dynamic_residual1(node,charge)\
88 : : if (doTR) _charges[node][node] += charge;\
89 : : if (doHB) {\
90 : : _qhs[node] -= charge;\
91 : : }
92 : : #define _load_dynamic_jacobian4(pnode,nnode,vpnode,vnnode,capacitance)\
93 : : if (doAC) {\
94 : : _jdyna[pnode][vpnode] += capacitance;\
95 : : _jdyna[nnode][vnnode] += capacitance;\
96 : : _jdyna[pnode][vnnode] -= capacitance;\
97 : : _jdyna[nnode][vpnode] -= capacitance;\
98 : : }\
99 : : if (doTR) {\
100 : : _caps[pnode][nnode][vpnode][vnnode] += capacitance;\
101 : : }\
102 : : if (doHB) {\
103 : : _chs[pnode] += capacitance * BP(vpnode,vnnode);\
104 : : _chs[nnode] -= capacitance * BP(vpnode,vnnode);\
105 : : }
106 : : #define _load_dynamic_jacobian2s(pnode,nnode,vnode,capacitance)\
107 : : if (doAC) {\
108 : : _jdyna[pnode][vnode] += capacitance;\
109 : : _jdyna[nnode][vnode] -= capacitance;\
110 : : }\
111 : : if (doTR) {\
112 : : _caps[pnode][nnode][vnode][vnode] += capacitance;\
113 : : }\
114 : : if (doHB) {\
115 : : _chs[pnode] += capacitance * NP(vnode);\
116 : : _chs[nnode] -= capacitance * NP(vnode);\
117 : : }
118 : : #define _load_dynamic_jacobian2p(node,vpnode,vnnode,capacitance)\
119 : : if (doAC) {\
120 : : _jdyna[node][vpnode] += capacitance;\
121 : : _jdyna[node][vnnode] -= capacitance;\
122 : : }\
123 : : if (doTR) {\
124 : : _caps[node][node][vpnode][vnnode] += capacitance;\
125 : : }\
126 : : if (doHB) {\
127 : : _chs[node] += capacitance * BP(vpnode,vnnode);\
128 : : }
129 : : #define _load_dynamic_jacobian1(node,vnode,capacitance)\
130 : : if (doAC) {\
131 : : _jdyna[node][vnode] += capacitance;\
132 : : }\
133 : : if (doTR) {\
134 : : _caps[node][node][vnode][vnode] += capacitance;\
135 : : }\
136 : : if (doHB) {\
137 : : _chs[node] += capacitance * NP(vnode);\
138 : : }
139 : :
140 : : #define _save_whitenoise1(n1,pwr,type)\
141 : : _white_pwr[n1][n1] += pwr;
142 : : #define _save_whitenoise2(n1,n2,pwr,type)\
143 : : _white_pwr[n1][n2] += pwr;
144 : : #define _save_flickernoise1(n1,pwr,exp,type)\
145 : : _flicker_pwr[n1][n1] += pwr;\
146 : : _flicker_exp[n1][n1] += exp;
147 : : #define _save_flickernoise2(n1,n2,pwr,exp,type)\
148 : : _flicker_pwr[n1][n2] += pwr;\
149 : : _flicker_exp[n1][n2] += exp;
150 : : #define _load_whitenoise2(n1,n2,pwr)\
151 : : cy (n1,n2) -= pwr/kB/T0; cy (n2,n1) -= pwr/kB/T0;\
152 : : cy (n1,n1) += pwr/kB/T0; cy (n2,n2) += pwr/kB/T0;
153 : : #define _load_whitenoise1(n1,pwr)\
154 : : cy (n1,n1) += pwr/kB/T0;
155 : : #define _load_flickernoise2(n1,n2,pwr,exp)\
156 : : cy (n1,n2) -= pwr*pow(_freq,-exp)/kB/T0;\
157 : : cy (n2,n1) -= pwr*pow(_freq,-exp)/kB/T0;\
158 : : cy (n1,n1) += pwr*pow(_freq,-exp)/kB/T0;\
159 : : cy (n2,n2) += pwr*pow(_freq,-exp)/kB/T0;
160 : : #define _load_flickernoise1(n1,pwr,exp)\
161 : : cy (n1,n1) += pwr*pow(_freq,-exp)/kB/T0;
162 : :
163 : : // derivative helper macros
164 : : // transcendental LRM p. 59
165 : : #define m00_cos(v00,x) v00 = cos(x);
166 : : #define m10_cos(v10,v00,x) v10 = (-sin(x));
167 : : #define m00_sin(v00,x) v00 = sin(x);
168 : : #define m10_sin(v10,v00,x) v10 = (cos(x));
169 : : #define m00_tan(v00,x) v00 = tan(x);
170 : : #define m10_tan(v10,v00,x) v10 = (1.0/cos(x)/cos(x));
171 : : #define m00_cosh(v00,x) v00 = cosh(x);
172 : : #define m10_cosh(v10,v00,x) v10 = (sinh(x));
173 : : #define m00_sinh(v00,x) v00 = sinh(x);
174 : : #define m10_sinh(v10,v00,x) v10 = (cosh(x));
175 : : #define m00_tanh(v00,x) v00 = tanh(x);
176 : : #define m10_tanh(v10,v00,x) v10 = (1.0/cosh(x)/cosh(x));
177 : : #define m00_acos(v00,x) v00 = acos(x);
178 : : #define m10_acos(v10,v00,x) v10 = (-1.0/sqrt(1-x*x));
179 : : #define m00_asin(v00,x) v00 = asin(x);
180 : : #define m10_asin(v10,v00,x) v10 = (+1.0/sqrt(1-x*x));
181 : : #define m00_atan(v00,x) v00 = atan(x);
182 : : #define m10_atan(v10,v00,x) v10 = (+1.0/(1+x*x));
183 : : #define m00_hypot(v00,x,y) v00 = sqrt((x)*(x)+(y)*(y));
184 : : #define m10_hypot(v10,v00,x,y) v10 = (x)/(v00);
185 : : #define m11_hypot(v11,v00,x,y) v11 = (y)/(v00);
186 : : #define m00_atan2(v00,x,y) v00 = atan2(x,y);
187 : : // TODO atan2 derivatives ?
188 : : #define m00_acosh(v00,x) v00 = acosh(x);
189 : : #define m10_acosh(v10,v00,x) v10 = (1.0/(sqrt(x-1)*sqrt(x+1)));
190 : : #define m00_asinh(v00,x) v00 = asinh(x);
191 : : #define m10_asinh(v10,v00,x) v10 = (1.0/(sqrt(x*x+1)));
192 : : #define m00_atanh(v00,x) v00 = atanh(x);
193 : : #define m10_atanh(v10,v00,x) v10 = (1.0/(1-x*x));
194 : :
195 : :
196 : : // standard functions LRM p.58
197 : : #define m00_logE(v00,x) v00 = log(x);
198 : : #define m10_logE(v10,v00,x) v10 = (1.0/x);
199 : : #define m00_log10(v00,x) v00 = log10(x);
200 : : #define m10_log10(v10,v00,x) v10 = (1.0/x/M_LN10);
201 : : #define m00_exp(v00,x) v00 = exp(x);
202 : : #define m10_exp(v10,v00,x) v10 = v00;
203 : : #define m00_sqrt(v00,x) v00 = sqrt(x);
204 : : #define m10_sqrt(v10,v00,x) v10 = (0.5/v00);
205 : : #define m00_min(v00,x,y) v00 = ((x)<(y))?(x):(y);
206 : : #define m10_min(v10,v00,x,y) v10 = ((x)<(y))?1.0:0.0;
207 : : #define m11_min(v11,v00,x,y) v11 = ((x)<(y))?0.0:1.0;
208 : : #define m00_max(v00,x,y) v00 = ((x)>(y))?(x):(y);
209 : : #define m10_max(v10,v00,x,y) v10 = ((x)>(y))?1.0:0.0;
210 : : #define m11_max(v11,v00,x,y) v11 = ((x)>(y))?0.0:1.0;
211 : : #define m00_pow(v00,x,y) v00 = pow(x,y);
212 : : #define m10_pow(v10,v00,x,y) v10 = (x==0.0)?0.0:(v00)*(y)/(x);
213 : : #define m11_pow(v11,v00,x,y) v11 = (x==0.0)?0.0:(log(x)*(v00));
214 : : #define m00_abs(v00,x) v00 = ((x)<(0)?(-(x)):(x));
215 : : #define m10_abs(v10,v00,x) v10 = (((x)>=0)?(+1.0):(-1.0));
216 : : #define m00_floor(v00,x) v00 = floor(x);
217 : : #define m10_floor(v10,v00,x) v10 = 1.0;
218 : :
219 : : #define m00_ceil(v00,x) v00 = ceil(x);
220 : : // TODO ceil derivative, needed?
221 : :
222 : : // analog operator, LRM p.61
223 : : #define m00_limexp(v00,x) v00 = ((x)<80.0?exp(x):exp(80.0)*(x-79.0));
224 : : #define m10_limexp(v10,v00,x) v10 = ((x)<80.0?(v00):exp(80.0));
225 : :
226 : : // analog kernel parameter system functions, LRM p.215
227 : : #define m00_vt(x) (kBoverQ*(x))
228 : : #define m10_vt(x) (kBoverQ)
229 : :
230 : : // extra functions (?)
231 : : #define m00_div(v00,v10,x,y) double v10=1/(y); double v00=(x)*v10;
232 : : #define m10_div(v10,v00,vv,x,y)
233 : : #define m11_div(v11,v00,vv,x,y) double v11 = -v00*vv;
234 : : #define m00_mult(v00,v10,v11,x,y) double v10=(x); double v11=(y); double v00=v10*v11;
235 : : #define m00_add(v00,x,y) double v00=(x)+(y);
236 : :
237 : : // second derivatives
238 : : #define m20_logE(v00) (-1.0/v00/v00)
239 : : #define m20_exp(v00) exp(v00)
240 : : #define m20_limexp(v00) ((v00)<80.0?exp(v00):0.0)
241 : : #define m20_sqrt(v00) (-0.25/(v00)/sqrt(v00))
242 : : #define m20_abs(v00) 0.0
243 : : #define m20_pow(x,y) ((y)*((y)-1.0)*pow(x,y)/(x)/(x))
244 : :
245 : :
246 : : // simulator specific definitions
247 : : #define _modelname "photodiode"
248 : : #define _instancename getName()
249 : : #define _circuit_temp (getPropertyDouble("Temp")+273.15)
250 : : #define _param_given(p) (isPropertyGiven(p)?1:0)
251 : :
252 : :
253 : : // $vt and $vt() functions
254 : : #define _vt_nom (kBoverQ*_circuit_temp)
255 : :
256 : : using namespace qucs::device;
257 : : using qucs::matrix;
258 : :
259 : : /* Device constructor. */
260 : 0 : photodiode::photodiode() : circuit (4)
261 : : {
262 : 0 : type = CIR_photodiode;
263 : 0 : }
264 : :
265 : : /* Initialization of model. */
266 : 0 : void photodiode::initModel (void)
267 : : {
268 : : // create internal nodes
269 : 0 : setInternalNode (n1, "n1");
270 : :
271 : : // get device model parameters
272 : 0 : loadVariables ();
273 : : // evaluate global model equations
274 : 0 : initializeModel ();
275 : : // evaluate initial step equations
276 : 0 : initialStep ();
277 : : // evaluate global instance equations
278 : 0 : initializeInstance ();
279 : 0 : }
280 : :
281 : : /* Initialization of DC analysis. */
282 : 0 : void photodiode::initDC (void)
283 : : {
284 : 0 : allocMatrixMNA ();
285 : 0 : initModel ();
286 : 0 : pol = 1;
287 : 0 : restartDC ();
288 : 0 : doAC = 1;
289 : 0 : doTR = 0;
290 : 0 : doHB = 0;
291 : 0 : }
292 : :
293 : : /* Run when DC is restarted (fallback algorithms). */
294 : 0 : void photodiode::restartDC (void)
295 : : {
296 : 0 : }
297 : :
298 : : /* Initialize Verilog-AMS code. */
299 : 0 : void photodiode::initVerilog (void)
300 : : {
301 : : // initialization of noise variables
302 : 0 : _white_pwr[Anode][n1] = 0.0;
303 : 0 : _white_pwr[n1][Cathode] = 0.0;
304 : 0 : _flicker_pwr[n1][Cathode] = 0.0;
305 : 0 : _flicker_exp[n1][Cathode] = 0.0;
306 : :
307 : : int i1, i2, i3, i4;
308 : :
309 : : // zero charges
310 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
311 [ # # ]: 0 : for (i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
312 : 0 : _charges[i1][i2] = 0.0;
313 : : } }
314 : :
315 : : // zero capacitances
316 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
317 [ # # ]: 0 : for (i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
318 [ # # ]: 0 : for (i3 = 0; i3 < 4; i3++) {
319 [ # # ]: 0 : for (i4 = 0; i4 < 4; i4++) {
320 : 0 : _caps[i1][i2][i3][i4] = 0.0;
321 : : } } } }
322 : :
323 : : // zero right hand side, static and dynamic jacobian
324 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
325 : 0 : _rhs[i1] = 0.0;
326 : 0 : _qhs[i1] = 0.0;
327 : 0 : _chs[i1] = 0.0;
328 : 0 : _ghs[i1] = 0.0;
329 [ # # ]: 0 : for (i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
330 : 0 : _jstat[i1][i2] = 0.0;
331 : 0 : _jdyna[i1][i2] = 0.0;
332 : : }
333 : : }
334 : 0 : }
335 : :
336 : : /* Load device model input parameters. */
337 : 0 : void photodiode::loadVariables (void)
338 : : {
339 : 0 : N = getPropertyDouble ("N");
340 : 0 : Rseries = getPropertyDouble ("Rseries");
341 : 0 : Is = getPropertyDouble ("Is");
342 : 0 : Bv = getPropertyDouble ("Bv");
343 : 0 : Ibv = getPropertyDouble ("Ibv");
344 : 0 : Vj = getPropertyDouble ("Vj");
345 : 0 : Cj0 = getPropertyDouble ("Cj0");
346 : 0 : M = getPropertyDouble ("M");
347 : 0 : Area = getPropertyDouble ("Area");
348 : 0 : Tnom = getPropertyDouble ("Tnom");
349 : 0 : Fc = getPropertyDouble ("Fc");
350 : 0 : Tt = getPropertyDouble ("Tt");
351 : 0 : Xti = getPropertyDouble ("Xti");
352 : 0 : Eg = getPropertyDouble ("Eg");
353 : 0 : Responsivity = getPropertyDouble ("Responsivity");
354 : 0 : Rsh = getPropertyDouble ("Rsh");
355 : 0 : QEpercent = getPropertyDouble ("QEpercent");
356 : 0 : Lambda = getPropertyDouble ("Lambda");
357 : 0 : LEVEL = getPropertyInteger ("LEVEL");
358 : 0 : Kf = getPropertyDouble ("Kf");
359 : 0 : Af = getPropertyDouble ("Af");
360 : 0 : Ffe = getPropertyDouble ("Ffe");
361 : 0 : }
362 : :
363 : : /* #define's for translated code */
364 : : #undef _DDT
365 : : #define _DDT(q) q
366 : : #define _DYNAMIC
367 : : #define _DERIVATE
368 : : #define _DDX
369 : : #define _DERIVATEFORDDX
370 : :
371 : : /* Evaluate Verilog-AMS equations in model initialization. */
372 : 0 : void photodiode::initializeModel (void)
373 : : {
374 : 0 : }
375 : :
376 : : /* Evaluate Verilog-AMS equations in instance initialization. */
377 : 0 : void photodiode::initializeInstance (void)
378 : : {
379 : 0 : }
380 : :
381 : : /* Evaluate Verilog-AMS equations in initial step. */
382 : 0 : void photodiode::initialStep (void)
383 : : {
384 : : #if defined(_DYNAMIC)
385 : : #endif
386 : : #if defined(_DYNAMIC)
387 : : #endif
388 : : #if defined(_DYNAMIC)
389 : : #endif
390 : : double Res2;
391 : : double Res1;
392 : : double Is_T2;
393 : : #if defined(_DYNAMIC)
394 : : double Cj0_T2;
395 : : #endif
396 : : #if defined(_DYNAMIC)
397 : : #endif
398 : : #if defined(_DYNAMIC)
399 : : double Eg_T2;
400 : : #endif
401 : : double Eg_T1;
402 : : #if defined(_DYNAMIC)
403 : : #endif
404 : : #if defined(_DYNAMIC)
405 : : #endif
406 : : #if defined(_DYNAMIC)
407 : : #endif
408 : : double Vt;
409 : : double T2;
410 : : double T1;
411 : : double B;
412 : : double A;
413 : : {
414 : 0 : Rseries_Area=((Rseries+1e-10)/Area);
415 : 0 : A=7.02e-4;
416 : 0 : B=1108.0;
417 : 0 : T1=(Tnom+273.15);
418 : 0 : T2=_circuit_temp;
419 : 0 : Vt=((1.3806503e-23*300.0)/1.602176462e-19);
420 : 0 : Vt_T2=((1.3806503e-23*T2)/1.602176462e-19);
421 : : #if defined(_DYNAMIC)
422 : : {
423 : 0 : double m00_pow(d00_pow0,(1-Fc),(1-M))
424 : 0 : F1=((Vj/(1-M))*(1-d00_pow0));
425 : : }
426 : : #endif
427 : : #if defined(_DYNAMIC)
428 : : {
429 : 0 : double m00_pow(d00_pow0,(1-Fc),(1+M))
430 : 0 : F2=d00_pow0;
431 : : }
432 : : #endif
433 : : #if defined(_DYNAMIC)
434 : 0 : F3=(1-(Fc*(1+M)));
435 : : #endif
436 : 0 : Eg_T1=(Eg-(((A*T1)*T1)/(B+T1)));
437 : : #if defined(_DYNAMIC)
438 : 0 : Eg_T2=(Eg-(((A*T2)*T2)/(B+T2)));
439 : : #endif
440 : : #if defined(_DYNAMIC)
441 : : {
442 : 0 : double m00_pow(d00_pow0,(T2/T1),1.5)
443 : 0 : double m00_logE(d00_logE1,d00_pow0)
444 : 0 : Vj_T2=((((T2/T1)*Vj)-((2*_vt_nom)*d00_logE1))-(((T2/T1)*Eg_T1)-Eg_T2));
445 : : }
446 : : #endif
447 : 0 : GMIN=1e-12;
448 : : #if defined(_DYNAMIC)
449 : 0 : Cj0_T2=(Cj0*(1+(M*((400e-6*(T2-T1))-((Vj_T2-Vj)/Vj)))));
450 : : #endif
451 : : {
452 : 0 : double m00_pow(d00_pow0,(T2/T1),(Xti/N))
453 [ # # ]: 0 : double m00_limexp(d00_limexp1,(((-Eg_T1)/_vt_nom)*(1-(T2/T1))))
454 : 0 : Is_T2=((Is*d00_pow0)*d00_limexp1);
455 : : }
456 [ # # ]: 0 : Res1=((QEpercent!=0)?((QEpercent*Lambda)/1.2398e5):Responsivity);
457 : 0 : Res2=((QEpercent*Lambda)/1.2938e5);
458 [ # # ]: 0 : Res=((LEVEL==1)?Res1:Res2);
459 : 0 : con1=(((-5.0)*N)*Vt);
460 : 0 : con2=(Area*Is_T2);
461 : : #if defined(_DYNAMIC)
462 : 0 : con3=(Area*Cj0_T2);
463 : : #endif
464 : : #if defined(_DYNAMIC)
465 : 0 : con4=(Fc*Vj);
466 : : #endif
467 : : #if defined(_DYNAMIC)
468 : 0 : con5=(Fc*Vj_T2);
469 : : #endif
470 : 0 : con6=(Bv/Vt_T2);
471 : : }
472 : 0 : }
473 : :
474 : : /* Evaluate Verilog-AMS equations in final step. */
475 : 0 : void photodiode::finalStep (void)
476 : : {
477 : 0 : }
478 : :
479 : : /* Evaluate Verilog-AMS equations in analog block. */
480 : 0 : void photodiode::calcVerilog (void)
481 : : {
482 : :
483 : : /* ----------------- evaluate verilog analog equations -------------------- */
484 : : double I_flicker;
485 : : #if defined(_DERIVATE)
486 : : double I_flicker_Vn1_Cathode;
487 : : #endif
488 : : double TwoQ;
489 : : double fourkt;
490 : : double Id;
491 : : #if defined(_DERIVATE)
492 : : double Id_Vn1_Cathode;
493 : : #endif
494 : : double I5;
495 : : #if defined(_DERIVATE)
496 : : double I5_VLight_GND;
497 : : #endif
498 : : #if defined(_DYNAMIC)
499 : : double Q2;
500 : : #if defined(_DERIVATE)
501 : : double Q2_Vn1_Cathode;
502 : : #endif
503 : : #endif
504 : : #if defined(_DYNAMIC)
505 : : double Q1;
506 : : #if defined(_DERIVATE)
507 : : double Q1_Vn1_Cathode;
508 : : #endif
509 : : #endif
510 : : double I4;
511 : : #if defined(_DERIVATE)
512 : : double I4_Vn1_Cathode;
513 : : #endif
514 : : double I3;
515 : : #if defined(_DERIVATE)
516 : : double I3_Vn1_Cathode;
517 : : #endif
518 : : double I2;
519 : : #if defined(_DERIVATE)
520 : : double I2_Vn1_Cathode;
521 : : #endif
522 : : double I1;
523 : : #if defined(_DERIVATE)
524 : : double I1_Vn1_Cathode;
525 : : #endif
526 : : double V1;
527 : : #if defined(_DERIVATE)
528 : : double V1_Vn1_Cathode;
529 : : #endif
530 : : #if defined(_DERIVATE)
531 : 0 : V1_Vn1_Cathode=1.0;
532 : : #endif
533 [ # # ]: 0 : V1=BP(n1,Cathode);
534 : : {
535 [ # # ]: 0 : double m00_limexp(d00_limexp0,(V1/(N*Vt_T2)))
536 : : #if defined(_DERIVATE)
537 [ # # ]: 0 : double m10_limexp(d10_limexp0,d00_limexp0,(V1/(N*Vt_T2)))
538 : : #endif
539 : : #if defined(_DERIVATE)
540 [ # # ]: 0 : I1_Vn1_Cathode=((V1>con1)?((con2*(V1_Vn1_Cathode/(N*Vt_T2))*d10_limexp0)+(GMIN*V1_Vn1_Cathode)):0.0);
541 : : #endif
542 [ # # ]: 0 : I1=((V1>con1)?((con2*(d00_limexp0-1.0))+(GMIN*V1)):0);
543 : : }
544 : : #if defined(_DERIVATE)
545 [ # # ]: 0 : I2_Vn1_Cathode=((V1<=con1)?(GMIN*V1_Vn1_Cathode):0.0);
546 : : #endif
547 [ # # ]: 0 : I2=((V1<=con1)?((-con2)+(GMIN*V1)):0);
548 : : #if defined(_DERIVATE)
549 : 0 : I3_Vn1_Cathode=((V1==(-Bv))?0.0:0.0);
550 : : #endif
551 [ # # ]: 0 : I3=((V1==(-Bv))?(-Ibv):0);
552 : : {
553 [ # # ]: 0 : double m00_limexp(d00_limexp0,((-(Bv+V1))/Vt_T2))
554 : : #if defined(_DERIVATE)
555 [ # # ]: 0 : double m10_limexp(d10_limexp0,d00_limexp0,((-(Bv+V1))/Vt_T2))
556 : : #endif
557 : : #if defined(_DERIVATE)
558 [ # # ]: 0 : I4_Vn1_Cathode=((V1<(-Bv))?((-con2)*((-V1_Vn1_Cathode)/Vt_T2)*d10_limexp0):0.0);
559 : : #endif
560 [ # # ]: 0 : I4=((V1<(-Bv))?((-con2)*((d00_limexp0-1.0)+con6)):0);
561 : : }
562 : : #if defined(_DYNAMIC)
563 : : {
564 : 0 : double m00_pow(d00_pow0,(1-(V1/Vj_T2)),(1-M))
565 : : #if defined(_DERIVATE)
566 [ # # ]: 0 : double m10_pow(d10_pow0,d00_pow0,(1-(V1/Vj_T2)),(1-M))
567 : : #endif
568 : : #if defined(_DERIVATE)
569 [ # # ]: 0 : Q1_Vn1_Cathode=((V1<con4)?((Tt*I1_Vn1_Cathode)+((con3*(Vj_T2/(1-M)))*(-(d10_pow0*(-(V1_Vn1_Cathode/Vj_T2)))))):0.0);
570 : : #endif
571 [ # # ]: 0 : Q1=((V1<con4)?((Tt*I1)+((con3*(Vj_T2/(1-M)))*(1-d00_pow0))):0);
572 : : }
573 : : #endif
574 : : #if defined(_DYNAMIC)
575 : : #if defined(_DERIVATE)
576 [ # # ]: 0 : Q2_Vn1_Cathode=((V1>=con4)?((Tt*I1_Vn1_Cathode)+(con3*((1/F2)*((F3*V1_Vn1_Cathode)+((M/(2.0*Vj_T2))*((V1_Vn1_Cathode*V1)+(V1*V1_Vn1_Cathode))))))):0.0);
577 : : #endif
578 [ # # ]: 0 : Q2=((V1>=con4)?((Tt*I1)+(con3*(F1+((1/F2)*((F3*(V1-con5))+((M/(2.0*Vj_T2))*((V1*V1)-(con5*con5)))))))):0);
579 : : #endif
580 : : #if defined(_DERIVATE)
581 : 0 : I5_VLight_GND=(Res);
582 : : #endif
583 : 0 : I5=(NP(Light)*Res);
584 : : #if defined(_DERIVATE)
585 : 0 : Id_Vn1_Cathode=(((I1_Vn1_Cathode+I2_Vn1_Cathode)+I3_Vn1_Cathode)+I4_Vn1_Cathode);
586 : : #endif
587 : 0 : Id=(((I1+I2)+I3)+I4);
588 : 0 : _load_static_residual2(n1,Cathode,(-I5));
589 : : #if defined(_DERIVATE)
590 [ # # ]: 0 : _load_static_jacobian2s(n1,Cathode,Light,(-I5_VLight_GND));
591 : : #endif
592 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_static_residual2(n1,Cathode,(BP(n1,Cathode)/Rsh));
593 : : #if defined(_DERIVATE)
594 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_static_jacobian4(n1,Cathode,n1,Cathode,(1/Rsh));
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
595 : : #endif
596 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_static_residual2(Anode,n1,(BP(Anode,n1)/Rseries_Area));
597 : : #if defined(_DERIVATE)
598 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_static_jacobian4(Anode,n1,Anode,n1,(1/Rseries_Area));
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
599 : : #endif
600 : 0 : _load_static_residual2(n1,Cathode,Id);
601 : : #if defined(_DERIVATE)
602 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_static_jacobian4(n1,Cathode,n1,Cathode,Id_Vn1_Cathode);
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
603 : : #endif
604 : : #if defined(_DYNAMIC)
605 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_dynamic_residual2(n1,Cathode,_DDT((Q1+Q2)));
606 : : #if defined(_DERIVATE)
607 [ # # ][ # # ]: 0 : _load_dynamic_jacobian4(n1,Cathode,n1,Cathode,(Q1_Vn1_Cathode+Q2_Vn1_Cathode));
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
608 : : #endif
609 : : #endif
610 : 0 : _load_static_residual1(Light,(NP(Light)/1e10));
611 : : #if defined(_DERIVATE)
612 [ # # ]: 0 : _load_static_jacobian1(Light,Light,(1/1e10));
613 : : #endif
614 : 0 : fourkt=((4.0*1.3806503e-23)*_circuit_temp);
615 : 0 : TwoQ=(2.0*1.602176462e-19);
616 : : {
617 : 0 : double m00_pow(d00_pow0,Id,Af)
618 : : #if defined(_DERIVATE)
619 [ # # ]: 0 : double m10_pow(d10_pow0,d00_pow0,Id,Af)
620 : : #endif
621 : : #if defined(_DERIVATE)
622 : 0 : I_flicker_Vn1_Cathode=(d10_pow0*Id_Vn1_Cathode);
623 : : #endif
624 : 0 : I_flicker=d00_pow0;
625 : : }
626 : 0 : _save_whitenoise2(Anode,n1,(fourkt/Rseries_Area),"thermal");
627 : 0 : _save_whitenoise2(n1,Cathode,(fourkt/Rsh),"thermal");
628 : 0 : _save_whitenoise2(n1,Cathode,(TwoQ*Id),"shot");
629 : 0 : _save_flickernoise2(n1,Cathode,(Kf*I_flicker),Ffe,"flicker");
630 : 0 : _save_whitenoise2(n1,Cathode,(TwoQ*I5),"shot");
631 : :
632 : : /* ------------------ end of verilog analog equations --------------------- */
633 : :
634 : : /* ------------------ evaluate verilog noise equations -------------------- */
635 : :
636 : : /* ------------------- end of verilog noise equations --------------------- */
637 : 0 : }
638 : :
639 : : /* Perform DC iteration. */
640 : 0 : void photodiode::calcDC (void)
641 : : {
642 : : // evaluate Verilog code
643 : 0 : initVerilog ();
644 : 0 : calcVerilog ();
645 : :
646 : : // fill right hand side and static jacobian
647 [ # # ]: 0 : for (int i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
648 [ # # ]: 0 : setI (i1, _rhs[i1]);
649 [ # # ]: 0 : for (int i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
650 [ # # ]: 0 : setY (i1, i2, _jstat[i1][i2]);
651 : : }
652 : : }
653 : 0 : }
654 : :
655 : : /* Save operating points. */
656 : 0 : void photodiode::saveOperatingPoints (void)
657 : : {
658 : : // save global instance operating points
659 : 0 : setOperatingPoint ("F1", F1);
660 : 0 : setOperatingPoint ("F2", F2);
661 : 0 : setOperatingPoint ("F3", F3);
662 : 0 : setOperatingPoint ("Rseries_Area", Rseries_Area);
663 : 0 : setOperatingPoint ("Vt_T2", Vt_T2);
664 : 0 : setOperatingPoint ("Vj_T2", Vj_T2);
665 : 0 : setOperatingPoint ("GMIN", GMIN);
666 : 0 : setOperatingPoint ("Res", Res);
667 : 0 : setOperatingPoint ("con1", con1);
668 : 0 : setOperatingPoint ("con2", con2);
669 : 0 : setOperatingPoint ("con3", con3);
670 : 0 : setOperatingPoint ("con4", con4);
671 : 0 : setOperatingPoint ("con5", con5);
672 : 0 : setOperatingPoint ("con6", con6);
673 : 0 : }
674 : :
675 : : /* Load operating points. */
676 : 0 : void photodiode::loadOperatingPoints (void)
677 : : {
678 : 0 : }
679 : :
680 : : /* Calculate operating points. */
681 : 0 : void photodiode::calcOperatingPoints (void)
682 : : {
683 : 0 : }
684 : :
685 : : /* Initialization of AC analysis. */
686 : 0 : void photodiode::initAC (void)
687 : : {
688 : 0 : allocMatrixMNA ();
689 : 0 : }
690 : :
691 : : /* Perform AC calculations. */
692 : 0 : void photodiode::calcAC (nr_double_t frequency)
693 : : {
694 [ # # ]: 0 : setMatrixY (calcMatrixY (frequency));
695 : 0 : }
696 : :
697 : : /* Compute Y-matrix for AC analysis. */
698 : 0 : matrix photodiode::calcMatrixY (nr_double_t frequency)
699 : : {
700 : 0 : _freq = frequency;
701 : 0 : saveOperatingPoints ();
702 : 0 : matrix y (4);
703 : :
704 [ # # ]: 0 : for (int i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
705 [ # # ]: 0 : for (int i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
706 : 0 : y (i1,i2) = nr_complex_t (_jstat[i1][i2], _jdyna[i1][i2] * 2 * M_PI * _freq);
707 : : }
708 : : }
709 : :
710 : 0 : return y;
711 : : }
712 : :
713 : : /* Initialization of S-parameter analysis. */
714 : 0 : void photodiode::initSP (void)
715 : : {
716 : 0 : allocMatrixS ();
717 : 0 : }
718 : :
719 : : /* Perform S-parameter calculations. */
720 : 0 : void photodiode::calcSP (nr_double_t frequency)
721 : : {
722 [ # # ][ # # ]: 0 : setMatrixS (ytos (calcMatrixY (frequency)));
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
723 : 0 : }
724 : :
725 : : /* Initialization of transient analysis. */
726 : 0 : void photodiode::initTR (void)
727 : : {
728 : 0 : setStates (2 * 4 * 4);
729 : 0 : initDC ();
730 : 0 : }
731 : :
732 : : /* Perform transient analysis iteration step. */
733 : 0 : void photodiode::calcTR (nr_double_t)
734 : : {
735 : 0 : doHB = 0;
736 : 0 : doAC = 1;
737 : 0 : doTR = 1;
738 : 0 : calcDC ();
739 : :
740 : : int i1, i2, i3, i4, state;
741 : :
742 : : // 2-node charge integrations
743 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
744 [ # # ]: 0 : for (i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
745 : 0 : state = 2 * (i2 + 4 * i1);
746 [ # # ]: 0 : if (i1 != i2)
747 [ # # ]: 0 : if (_charges[i1][i2] != 0.0)
748 : 0 : transientCapacitanceQ (state, i1, i2, _charges[i1][i2]);
749 : : } }
750 : :
751 : : // 1-node charge integrations
752 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
753 : 0 : state = 2 * (i1 + 4 * i1);
754 [ # # ]: 0 : if (_charges[i1][i1] != 0.0)
755 : 0 : transientCapacitanceQ (state, i1, _charges[i1][i1]);
756 : : }
757 : :
758 : : // charge: 2-node, voltage: 2-node
759 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
760 [ # # ]: 0 : for (i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
761 [ # # ]: 0 : if (i1 != i2)
762 [ # # ]: 0 : for (i3 = 0; i3 < 4; i3++) {
763 [ # # ]: 0 : for (i4 = 0; i4 < 4; i4++) {
764 [ # # ]: 0 : if (i3 != i4)
765 [ # # ]: 0 : if (_caps[i1][i2][i3][i4] != 0.0)
766 [ # # ][ # # ]: 0 : transientCapacitanceC (i1, i2, i3, i4, _caps[i1][i2][i3][i4], BP(i3,i4));
767 : : } } } }
768 : :
769 : : // charge: 2-node, voltage: 1-node
770 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
771 [ # # ]: 0 : for (i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
772 [ # # ]: 0 : if (i1 != i2)
773 [ # # ]: 0 : for (i3 = 0; i3 < 4; i3++) {
774 [ # # ]: 0 : if (_caps[i1][i2][i3][i3] != 0.0)
775 [ # # ]: 0 : transientCapacitanceC2Q (i1, i2, i3, _caps[i1][i2][i3][i3], NP(i3));
776 : : } } }
777 : :
778 : : // charge: 1-node, voltage: 2-node
779 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
780 [ # # ]: 0 : for (i3 = 0; i3 < 4; i3++) {
781 [ # # ]: 0 : for (i4 = 0; i4 < 4; i4++) {
782 [ # # ]: 0 : if (i3 != i4)
783 [ # # ]: 0 : if (_caps[i1][i1][i3][i4] != 0.0)
784 [ # # ][ # # ]: 0 : transientCapacitanceC2V (i1, i3, i4, _caps[i1][i1][i3][i4], BP(i3,i4));
785 : : } } }
786 : :
787 : : // charge: 1-node, voltage: 1-node
788 [ # # ]: 0 : for (i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
789 [ # # ]: 0 : for (i3 = 0; i3 < 4; i3++) {
790 [ # # ]: 0 : if (_caps[i1][i1][i3][i3] != 0.0)
791 [ # # ]: 0 : transientCapacitanceC (i1, i3, _caps[i1][i1][i3][i3], NP(i3));
792 : : } }
793 : 0 : }
794 : :
795 : : /* Compute Cy-matrix for AC noise analysis. */
796 : 0 : matrix photodiode::calcMatrixCy (nr_double_t frequency)
797 : : {
798 : 0 : _freq = frequency;
799 : 0 : matrix cy (4);
800 : :
801 : 0 : _load_flickernoise2 (n1,Cathode,_flicker_pwr[n1][Cathode],_flicker_exp[n1][Cathode]);
802 : 0 : _load_whitenoise2 (Anode,n1,_white_pwr[Anode][n1]);
803 : 0 : _load_whitenoise2 (n1,Cathode,_white_pwr[n1][Cathode]);
804 : :
805 : 0 : return cy;
806 : : }
807 : :
808 : : /* Perform AC noise computations. */
809 : 0 : void photodiode::calcNoiseAC (nr_double_t frequency)
810 : : {
811 [ # # ]: 0 : setMatrixN (calcMatrixCy (frequency));
812 : 0 : }
813 : :
814 : : /* Perform S-parameter noise computations. */
815 : 0 : void photodiode::calcNoiseSP (nr_double_t frequency)
816 : : {
817 [ # # ][ # # ]: 0 : setMatrixN (cytocs (calcMatrixCy (frequency) * z0, getMatrixS ()));
[ # # ][ # # ]
[ # # ][ # # ]
[ # # ]
818 : 0 : }
819 : :
820 : : /* Initialization of HB analysis. */
821 : 0 : void photodiode::initHB (int)
822 : : {
823 : 0 : initDC ();
824 : 0 : allocMatrixHB ();
825 : 0 : }
826 : :
827 : : /* Perform HB analysis. */
828 : 0 : void photodiode::calcHB (int)
829 : : {
830 : 0 : doHB = 1;
831 : 0 : doAC = 1;
832 : 0 : doTR = 0;
833 : :
834 : : // jacobian dI/dV and currents get filled
835 : 0 : calcDC ();
836 : 0 : saveOperatingPoints ();
837 : :
838 : : // fill in HB matrices
839 [ # # ]: 0 : for (int i1 = 0; i1 < 4; i1++) {
840 [ # # ]: 0 : setQ (i1, _qhs[i1]); // charges
841 [ # # ]: 0 : setCV (i1, _chs[i1]); // jacobian dQ/dV * V
842 [ # # ]: 0 : setGV (i1, _ghs[i1]); // jacobian dI/dV * V
843 [ # # ]: 0 : for (int i2 = 0; i2 < 4; i2++) {
844 [ # # ]: 0 : setQV (i1, i2, _jdyna[i1][i2]); // jacobian dQ/dV
845 : : }
846 : : }
847 : 0 : }
848 : :
849 : : #include "photodiode.defs.h"
850 : :
|
