%% Simulation / Modélisation d'un système de photodétection
%   Module : Ingénierie Electronique 
%       pour le Traitement de l'Information
%--------------------------------------------------------------
%   TD_10 : Photodétection - Modélisation
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%   Auteur : Julien VILLEMEJANE
%   Date : 27/08/2020
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clear all;
close all;
%% Constantes
% Résistances de charge (3 valeurs différentes)
Rphd1 = 1e6;
Rphd2 = 1e5;
Rphd3 = 1e4;
% Valeur standard
Cphd = 70e-12;
% Oscilloscope
Re = 1e8;
Ce = 120e-12;

%% Fonction de transfert d'un système de photodétection simple
%   Incluant le système de mesure à l'oscilloscope et 1m de cable coaxial
%       --> Hx(jw) = Rphdx / (1 + jw/wcx)
f = logspace(1,7,101);    % vecteur des pulsations entre 10^-1 et 10^7

% Système 1
Req1 = Re*Rphd1/(Re+Rphd1);
Ceq1 = Ce+Cphd;
wc1 = 2*pi*1/(Req1*Ceq1);
tf_num1 = Rphd1;
tf_den1 = 1 + 1*j * (2*pi*f)/wc1;
% Fonction de transfert
H_AOP_BO1 = tf_num1 ./ tf_den1;

% Système 2
Req2 = Re*Rphd2/(Re+Rphd2);
Ceq2 = Ce+Cphd;
wc2 = 2*pi*1/(Req2*Ceq2);
tf_num2 = Rphd2;
tf_den2 = 1 + 1*j * (2*pi*f)/wc2;
% Fonction de transfert
H_AOP_BO2 = tf_num2 ./ tf_den2;

% Système 3
Req3 = Re*Rphd3/(Re+Rphd3);
Ceq3 = Ce+Cphd;
wc3 = 2*pi*1/(Req3*Ceq3);
tf_num3 = Rphd3;
tf_den3 = 1 + 1*j * (2*pi*f)/wc3;
% Fonction de transfert
H_AOP_BO3 = tf_num3 ./ tf_den3;

% Diagramme de Bode
figure(1);
subplot(2,1,1);
semilogx(f, 20*log10(abs(H_AOP_BO1)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO2)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO3)));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Gain (dB)');
legend('R=1MO','R=100kO','R=10kO');
subplot(2,1,2);
semilogx(f, angle(H_AOP_BO1),f, angle(H_AOP_BO2),f, angle(H_AOP_BO3));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Phase (rd)');


%% Fonction de transfert d'un système de photodétection transimpédance
%   Incluant le système de mesure à l'oscilloscope et 1m de cable coaxial
%       --> Hx(jw) = Rphdx / (1 + jw/wcx)
% Modèle de l'ALI
A0 = 1e5;            % Amplification différentielle A
funitaire = 1e6;    % Bande-passante unitaire
fc = funitaire/A0;   % Fréquence de coupure en boucle ouverte
wc = 2*pi*fc;

% Système 1
wc11 = 2*pi*1/(Rphd1*Cphd);
tf_num11 = A0*Rphd1;
tf_den11 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f)/wc11);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO11 = tf_num11 ./ tf_den11;

% Système 2
wc12 = 2*pi*1/(Rphd2*Cphd);
tf_num12 = A0*Rphd2;
tf_den12 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f)/wc12);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO12 = tf_num12 ./ tf_den12;

% Système 3
wc13 = 2*pi*1/(Rphd3*Cphd);
tf_num13 = A0*Rphd3;
tf_den13 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f)/wc13);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO13 = tf_num13 ./ tf_den13;

% Diagramme de Bode
figure(2);
subplot(2,1,1);
semilogx(f, 20*log10(abs(H_AOP_BO11)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO12)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO13)));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Gain (dB) / Trans');
legend('R=1MO','R=100kO','R=10kO');
subplot(2,1,2);
semilogx(f, angle(H_AOP_BO11),f, angle(H_AOP_BO12),f, angle(H_AOP_BO13));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Phase (rd)');

% Diag Bode entre simple et transimpédance
figure(3);
subplot(2,1,1);
semilogx(f, 20*log10(abs(H_AOP_BO1)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO2)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO3)));
grid on;
title('Montage simple');
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Gain (dB)');
legend('R=1MO','R=100kO','R=10kO');
subplot(2,1,2);
semilogx(f, 20*log10(abs(H_AOP_BO11)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO12)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO13)));
grid on;
title('Montage transimpédance');
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Gain (dB) / Trans');
legend('R=1MO','R=100kO','R=10kO');


%% Comparaison avec Cphd
f2 = logspace(3,7,1001);    % vecteur des pulsations entre 10^-1 et 10^7
Cphd2 = 10e-12;
% Système 1
wc111 = 2*pi*1/(Rphd1*Cphd);
tf_num111 = A0*Rphd1;
tf_den111 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc111);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO111 = tf_num111 ./ tf_den111;

% Système 2
wc112 = 2*pi*1/(Rphd1*Cphd2);
tf_num112 = A0*Rphd1;
tf_den112 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc112);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO112 = tf_num112 ./ tf_den112;

% Système 3
wc113 = 2*pi*1/(Rphd2*Cphd);
tf_num113 = A0*Rphd2;
tf_den113 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc113);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO113 = tf_num113 ./ tf_den113;

% Système 4
wc114 = 2*pi*1/(Rphd2*Cphd2);
tf_num114 = A0*Rphd2;
tf_den114 = A0 + (1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc).*(1 + 1*j * (2*pi*f2)/wc114);
% Fonction de transfert
H_AOP_BO114 = tf_num114 ./ tf_den114;

% Diagramme de Bode
figure(4);
subplot(2,1,1);
semilogx(f2, 20*log10(abs(H_AOP_BO111)), f2, 20*log10(abs(H_AOP_BO112)),f2, 20*log10(abs(H_AOP_BO113)), f2, 20*log10(abs(H_AOP_BO114)));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Gain (dB) / Trans');
legend('R=1MO / Cphd=70pF','R=1MO / Cphd=20pF','R=100kO / Cphd=70pF','R=100kO / Cphd=20pF');
subplot(2,1,2);
semilogx(f2, angle(H_AOP_BO111),f2, angle(H_AOP_BO112),f2, angle(H_AOP_BO113),f2, angle(H_AOP_BO114));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Phase (rd)');

%% Comparaison
% Diagramme de Bode
figure(5);
semilogx(f, 20*log10(abs(H_AOP_BO2)), f, 20*log10(abs(H_AOP_BO12)));
grid on;
xlabel('fréquence (Hz)');
ylabel('Gain (dB)');
legend('Simple R = 100kO','Transimpedance');