KR102483978B1 - Optical signal processing apparatus and power control method thereof - Google Patents

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Abstract

광 기전력에 의해 높은 이득을 얻는 APD(Avalanche photodiode) 광 검출기의 전력 절감을 위한 광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법에 관한 것으로, 광 신호 처리 장치는, 레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 광 송신부, APD(Avalanche photodiode) 칩과 광 전류를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier) 회로를 포함하는 APD 광 수신부 및 광 송수신 장치의 신호 처리를 제어하며 전력 제어를 위한 타이밍이 프로그램되어 작동하는 전력제어부를 포함하고, 전력제어부는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 인에이블(Enable)시에 발생하는 전원 스위칭 노이즈(Power on switching noise)가 발생하는 시간 마진을 제1타이밍, 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간을 제2타이밍, 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격을 제3타이밍, 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기에서 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 제4타이밍으로 하는 시간 간격을 설정하여, 광 송신부의 광 펄스 출력 주기의 시간 간격에 따른 APD 광 수신부의 트랜스임피던스 증폭기(TIA)에 대한 전원 제어(Power down control)를 수행한다.An optical signal processing device for power saving of an avalanche photodiode (APD) photodetector that obtains high gain by photovoltaic power and a power control method thereof, the optical signal processing device comprising a means for emitting laser light APD optical receiver including a transmitter, an Avalanche photodiode (APD) chip and a Trans-impedance Amplifier (TIA) circuit that amplifies light current, and the signal processing of the optical transceiver, and the timing for power control is programmed. A power control unit that operates, and the power control unit sets a time margin in which power on switching noise generated when a power supply of a transimpedance amplifier (TIA) is enabled is set at a first timing, and the optical transmission unit Second timing is the single light pulse generation time when laser light is emitted, and third timing is the time interval including the waiting time according to the first timing and the path distance of the emitted light pulse and the light detection time margin of the APD light receiver. A time interval excluding the third timing in the one-time transmission period of the laser light of the transmitter is set as the fourth timing, and the transimpedance amplifier (TIA) of the APD light receiver according to the time interval of the light pulse output period of the optical transmitter Performs power down control for

Description

광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법{OPTICAL SIGNAL PROCESSING APPARATUS AND POWER CONTROL METHOD THEREOF}Optical signal processing device and its power control method

본 발명은 광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 기전력에 의해 높은 이득을 얻는 APD(Avalanche photodiode) 광 검출기의 전력 절감을 위한 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical signal processing device and a power control method thereof, and more particularly, to an optical signal processing device using an avalanche photodiode (APD) for power saving of an APD photodetector that obtains a high gain by photovoltaic power, and a power thereof It's about control methods.

APD(Avalanche photodiode)는 광 통신 시스템에서 많이 사용되는 수신 검출기로 입사광에 반응하여 전자-정공 쌍을 발생시킬 수 있게 소자의 접합점에서 역 바이어스 전압으로 동작한다. 이렇게 발생된 전자-정공 쌍은 인가된 필드에 의해 스위핑되고 입사광의 강도에 비례하여 전류로 변환된다. APD로부터 최대 감도를 얻기 위해서는 항복 전압을 발생시키지 않으면서 역 전압이 가능한 높은 것이 좋다.APD (Avalanche photodiode) is a receiving detector widely used in optical communication systems and operates with a reverse bias voltage at the junction of the device to generate electron-hole pairs in response to incident light. The electron-hole pairs thus generated are swept by the applied field and converted into a current proportional to the intensity of the incident light. In order to obtain maximum sensitivity from an APD, it is desirable that the reverse voltage be as high as possible without generating a breakdown voltage.

이러한 APD는 내부 이득의 만족할 만한 레벨을 얻기 위해 약 30~40V의 높은 바이어스(bias)를 필요로 하며, 따라서 높은 전압을 공급하는 APD를 이용하는 광수신 시스템에서는 온도변화에 따른 보상회로가 필수적이다.Such an APD requires a high bias of about 30 to 40V to obtain a satisfactory level of internal gain, and therefore, a compensation circuit according to temperature change is essential in an optical receiving system using an APD that supplies a high voltage.

또한, APD를 도입한 광수신 시스템의 제어 회로(control circuit)는 높은 전압을 공급하는 전력 공급부(power generator)에서 전류량은 매우 작게 흘려주지만 전압을 크게 증폭시켜 주어야 하므로 PWM(Pulse Width Modulation) 방식 등으로 동작하는 전력스위칭(power switching) 장치를 필요로 한다.In addition, since the control circuit of the light receiving system using the APD needs to amplify the voltage greatly even though the amount of current flows very small from the power generator that supplies high voltage, PWM (Pulse Width Modulation) method, etc. It requires a power switching device that operates with

그러나 이러한 온도 보상회로와 연결되어 작동하는 전력스위칭 장치의 구동 시에도 APD의 동작에 따른 큰 출력의 역 바이어스 생성 전력에 의한 전력 손실이 발생하고, 이에 따른 장치의 내구성이 보장되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.However, even when the power switching device operating in connection with the temperature compensation circuit is driven, power loss occurs due to reverse bias generation power of large output according to the operation of the APD, and thus the durability of the device cannot be guaranteed. there is.

상술한 문제점을 개선하기 위한 종래의 기술로서는 대한민국 공개특허공보 10-2004-0062334(2004.07.07.)호에서 APD 광수신기의 온도 보상 장치가 공지되어 있다. 이에 상기 종래의 기술은 APD를 이용한 광 수신 장치에서의 온도에 따른 손실보상을 위한 온도 보상 장치에 관한 것으로, APD의 온도 변화에 따른 이득 감소를 보상함에 있어서, 데이터룩업을 통해 선형적인 보상이 가능한 디지털 포텐셔미터를 채용한 APD 광수신 장치의 온도 보상 회로를 채용하고 있다.As a conventional technique for improving the above problems, a temperature compensating device for an APD optical receiver is known from Korean Patent Publication No. 10-2004-0062334 (July 7, 2004). Accordingly, the prior art relates to a temperature compensation device for compensating loss according to temperature in an optical receiving device using an APD, and in compensating for a decrease in gain according to a change in temperature of an APD, linear compensation is possible through data lookup. The temperature compensation circuit of the APD light receiving device employing a digital potentiometer is adopted.

그러나 전술한 온도 보상회로를 갖는 종래기술은 온도 변화에 따른 보상전압의 변화를 일정하게 유지시키는 것으로 일반적인 APD 광수신 시스템에 통상적으로 적용되고 있는 것일 뿐 여전히 장치의 전력 소비가 큰 단점이 있다.However, the prior art having the above-described temperature compensation circuit maintains a constant change in compensation voltage according to temperature change, and is only commonly applied to a general APD optical receiving system, and still has a disadvantage in that the power consumption of the device is large.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은, APD(Avalanche photodiode) 광 수신 장치에 있어서, 레이저 광의 발신 주기에 따른 APD의 광 검출 주기 타이밍에 의한 전력 제어를 통하여 APD 광 수신 장치의 전력을 감소시킬 뿐 아니라, 고해상도 라이다 등에 적합한 APD 제어 보드를 제공하기 위한 광 신호 처리 장치를 제공하는데 있다.The present invention was derived to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is, in an APD (Avalanche photodiode) light receiving device, power control by timing of the light detection cycle of the APD according to the emission cycle of laser light It is to provide an optical signal processing device for providing an APD control board suitable for a high-resolution lidar and the like as well as reducing power of an APD optical receiving device through.

본 발명의 다른 목적은 광 기전력에 의해 높은 이득을 얻는 APD 광 검출기의 전력 제어(Power down control)를 통하여 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치에 있어서, 전력 절감을 이루고자 하는 전력 제어 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a power control method for achieving power saving in an optical signal processing device using an APD through power down control of an APD photodetector that obtains a high gain by photovoltaic power.

본 발명의 또 다른 목적은 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력제어부를 통하여 APD 광 수신부 및 광 송신부의 동작 시간 간격 등을 프로그래밍 설정하고 이를 통한 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력을 효과적으로 제어할 수 있는 광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to program the operation time intervals of the APD optical receiver and the optical transmitter through the power control unit of the optical signal processing device using the APD, and thereby effectively control the power of the optical signal processing device using the APD. It is to provide an optical signal processing device and a power control method thereof.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 광 통신용 광 신호 처리 장치는 레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 광 송신부, APD(Avalanche photodiode) 칩과 광 전류를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier)를 포함하는 APD 광 수신부, 및 상기 APD 광 수신부의 광 검출을 위한 시간 간격에서는 Power on 모드로, APD 광 수신부가 광 검출을 수행하지 않아도 되는 시간 간격에서는 Power down 모드로 동작시키기 위한 하나 이상의 타이밍이 설정되어, 상기 광 송신부의 레이저 광 출력 주기에 반복하여 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 제어 및 상기 광 송신부 및 APD 광 수신부의 신호 처리를 수행하는 전력제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.An optical signal processing device for optical communication according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem is an optical transmitter including means for emitting laser light, an Avalanche photodiode (APD) chip and a transimpedance amplifier for amplifying light current ( TIA, trans-impedance amplifier), and power on mode in the time interval for light detection of the APD optical receiver, and power down mode in the time interval in which the APD optical receiver does not have to perform optical detection. One or more timings for operation are set, and a power control unit that repeatedly controls power of the transimpedance amplifier (TIA) and performs signal processing of the optical transmission unit and the APD light reception unit repeatedly in the laser light output period of the optical transmission unit. that can be characterized.

본 발명의 Power on 모드에서는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 응답특성에 따른 Turn on 노이즈 발생 시간 간격을 제1타이밍, 상기 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간을 제2타이밍, 상기 제1타이밍과 광경로 대기시간 및 검출 마진을 포함하는 시간 간격을 제3타이밍으로 하는 시간 간격이 설정되고, 상기 Power down 모드에서는 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기로 하는 시간 간격에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 제4타이밍으로 하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the power on mode of the present invention, the turn on noise generation time interval according to the response characteristics of the transimpedance amplifier (TIA) is the first timing, the single light pulse generation time when the laser light is emitted from the optical transmitter is the second timing, and the second timing A time interval including 1 timing, an optical path waiting time, and a detection margin is set as the third timing. It may be characterized in that the time interval excluded is set as the fourth timing.

또한, 본 발명의 APD 광 수신부의 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)는 전류 전압 증폭의 효율을 위하여 2단 내지 다단으로 구비될 수 있는 특징이 있다.In addition, the transimpedance amplifier (TIA) of the APD optical receiver of the present invention is characterized in that it can be provided in two or multiple stages for the efficiency of current voltage amplification.

또한, 본 발명의 상기 APD 광 수신부는 입력 전압을 받아 기준 전압과 비교하여, 입력이 기준 전압을 넘는지 여부를 검출하고, 그 결과를 디지털로 출력해주는 전압 비교기(Comparator)를 출력단에 구비하는 특징이 있다.In addition, the APD optical receiver of the present invention is characterized by having a voltage comparator at the output terminal that receives an input voltage, compares it with a reference voltage, detects whether the input exceeds the reference voltage, and outputs the result digitally. there is

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법은 광 송신부의 레이저 광 펄스 송출 제1타이밍 전 TIA 전원을 인에이블(Enable)하는 제1단계; 상기 TIA 전원 Enable 후 상기 제1타이밍 후에 상기 광 송신부의 레이저 광 펄스를 제2타이밍으로 동안 송출하는 제2단계; APD 광 수신부가 제3타이밍 동안 레이저 광 펄스의 경로 시간에 대한 수신을 대기하고 광 펄스를 검출하는 제3단계; 상기 제3단계의 제3타이밍 이후 APD 광 수신부의 TIA 전원을 제4타이밍 동안 디세이블(Disable)하는 제4단계; 및 광 신호 처리 장치의 해상도에 따른 광 송신부의 레이저 송출 주기인 제5타이밍에 기반하여 상기 제1단계에서 제4단계를 반복하는 제5단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a power control method of an optical signal processing device using an APD according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem is a first step of enabling a TIA power before a first timing of laser light pulse transmission of an optical transmitter. step; a second step of transmitting laser light pulses of the light transmitter at a second timing after the first timing after the TIA power enable; a third step of waiting for reception of the path time of the laser light pulse by the APD light receiver during a third timing and detecting the light pulse; a fourth step of disabling the TIA power of the APD light receiver for a fourth timing after the third timing of the third step; and a fifth step of repeating the first step to the fourth step based on the fifth timing, which is the laser emission period of the light transmitter according to the resolution of the optical signal processing device.

본 발명의 상기 제1타이밍은 TIA의 전원 인에이블(Enable)시에 발생하는 전원 스위칭 노이즈(Power on switching noise)가 발생하는 시간 마진이고, 상기 제2타이밍은 상기 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간 간격이고, 상기 제3타이밍은 상기 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격이고, 상기 제4타이밍은 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격인 것을 특징으로 할 수 있다.The first timing of the present invention is a time margin in which power on switching noise occurs when the power of the TIA is enabled, and the second timing is a time margin when the laser light is transmitted from the light transmitter. A single light pulse generation time interval, the third timing is a time interval including the first timing and a waiting time according to the path distance of the transmitted light pulse and a light detection time margin of the APD light receiving unit, and the fourth timing is It may be characterized in that it is a time interval excluding the third timing in the one-time transmission period of the laser light of the light transmission unit.

또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 광 송신부 및 APD(Avalanche photodiode) 칩과 광 전류를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier)를 포함하는 APD 광 수신부를 포함하는 라이다(LADAR)용 광 신호 처리 장치에 있어서, 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 인에이블(Enable)시에 발생하는 전원 스위칭 노이즈(Power on switching noise)가 발생하는 시간 마진을 제1타이밍, 상기 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간을 제2타이밍, 상기 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격을 제3타이밍, 및 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 제4타이밍으로 하는 시간 간격이 설정되어, 상기 광 송신부의 광 펄스 출력 주기의 시간 간격에 반복하여 상기 APD 광 수신부의 광 검출을 위한 시간 간격에서는 Power on 모드로, APD 광 수신부가 광 검출을 수행하지 않아도 되는 시간 간격에서는 Power down 모드로 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원을 제어하는 전력제어부가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem, an optical transmission unit including a means for emitting laser light, an Avalanche photodiode (APD) chip, and a transimpedance amplifier (TIA) for amplifying light current In the optical signal processing device for LADAR including an APD optical receiver including an amplifier, power on switching noise generated when the power of the transimpedance amplifier (TIA) is enabled (Power on switching noise) ) occurs at the first timing, the time at which a single light pulse is generated when the laser light is emitted by the light transmitting unit is at the second timing, and the waiting time according to the path distance between the first timing and the emitted light pulse and the APD light receiving unit A time interval including a light detection time margin of the third timing and a time interval excluding the third timing in the one-time transmission period of the laser light of the light transmitter as a fourth timing are set, so that the light transmitter The transimpedance amplifier ( TIA) may be characterized in that a power control unit for controlling power is provided.

전술한 광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법에 의하면, 전력제어부의 프로그래머블한 타이밍 간격의 제어를 통하여 APD(Avalanche photodiode)를 이용한 광 수신 시스템의 전력 절감 및 APD의 동작에 따른 생성 전력의 손실을 방지할 수 있어서, APD를 이용한 광 수신 시스템의 내구성이 보장되는 효과가 있다.According to the above-described optical signal processing apparatus and power control method thereof, power of an optical receiving system using an avalanche photodiode (APD) is reduced through control of a programmable timing interval by a power controller and loss of generated power due to operation of the APD is prevented. Therefore, durability of the light receiving system using the APD is guaranteed.

또한, 본 발명의 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치 및 이의 전력 제어 방법을 이용하여 라이다 시스템의 해상도에 맞는 광 펄스 주기 간격에 따라 TIA 전원의 ON/OFF 과정을 반복하게 되면, 수신 전력을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, when the TIA power ON/OFF process is repeated according to the optical pulse cycle interval suitable for the resolution of the lidar system using the optical signal processing device and power control method using the APD of the present invention, the received power can be dramatically reduced. have the effect of reducing it.

도 1은 본 발명에 따른 광 신호 처리 장치의 구성 예시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 광 신호 처리 장치의 블록다이어그램의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광 신호 처리 장치의 전력제어 타이밍의 예시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광 신호 처리 장치를 구비한 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 도 3에 대한 전력제어 타이밍의 예시를 보여주는 타이밍도이고,
도 5는 도 4의 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 TIA 온오프 타이밍과 광 수신 주기 분석을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광 신호 처리 장치에 채용할 수 있는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 On/Off 시의 응답 특성을 보여주는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법에 대한 흐름도이다.1 is an exemplary configuration diagram of an optical signal processing device according to the present invention;
2 is an exemplary block diagram of an optical signal processing device according to the present invention.
3 is an exemplary diagram of power control timing of an optical signal processing device according to the present invention;
4 is a timing diagram showing an example of power control timing with respect to FIG. 3 that can be employed in a lidar optical device having an optical signal processing device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating TIA on-off timing and light reception cycle analysis applicable to the lidar optical device of FIG. 4 .
FIG. 6 is an exemplary view showing response characteristics of a transimpedance amplifier (TIA) that can be employed in an optical signal processing device according to an embodiment of the present invention when power is turned on/off.
7 is a flowchart of a power control method of an optical signal processing device according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be waters and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 개략적인 블록다이어그램이다.1 is a configuration diagram of an optical signal processing device using an APD according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic block diagram of an optical signal processing device using an APD according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명은 APD 광 수신부(100)와 광 송신부(200) 및 전력제어부(300)를 포함하여 이루어지는 광 신호 처리 장치에 해당하는 것으로서, 상기 전력제어부(300)를 통하여 APD 광 수신부(100)의 전력 제어를 관리하는 방법을 제공한다.1 and 2, the present invention corresponds to an optical signal processing device including an APD optical receiver 100, an optical transmitter 200, and a power control unit 300, and the power control unit 300 Through this, a method for managing power control of the APD optical receiver 100 is provided.

광 송신부(200)는 레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 구성으로서, 파동의 공간적 퍼짐이 균일하고, 위상이 규칙성을 가진 레이저 광을 출력, 또는 송출, 발신하는 적어도 하나 또는 복수의 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)를 포함하여 이루어지는 구성을 갖는 것으로서, 주기적 펄스 레이저 광을 발생하는 모듈일 수 있다.The light transmitting unit 200 is a component including a means for emitting laser light, and at least one or a plurality of laser diodes outputting, transmitting, or transmitting laser light having a uniform spatial spread of waves and a regular phase. (Laser Diode, LD), and may be a module that generates periodic pulse laser light.

APD 광 수신부(100)는 광 증배 효과에 의한 빛을 전기적 에너지로 변환시켜주는 광통신용 수광소자의 일종으로써, 높은 광전 변환 효율, 고 전계 영역을 형성하여 이 영역에서 큰 내부 이득 발생시티는 고감도 애벌런치 포토다이오드(APD, Avalanche photodiode)를 포함하는 광 수신 검출 모듈이다.The APD light receiving unit 100 is a type of light receiving element for optical communication that converts light by a light multiplication effect into electric energy, and forms a high photoelectric conversion efficiency and high electric field region, resulting in a large internal gain in this region. It is a light reception detection module including a launch photodiode (APD, Avalanche photodiode).

APD 광 수신부에는 APD 칩과 광 전류를 증폭하는 증폭기 회로 즉, 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier)가 핵심 부품으로 구비되고, 그 외 바이어스 공급회로, APD 보호회로, 잡음차단 필터, 열전효과(Thermo-electric Effect)를 이용하는 열전소자(TEC, Thermo-Electric Cooler) 및 APD의 온도 변화를 감지하기 위한 써미스터(thermistor)를 포함하여 구성될 수 있다. 트랜스임피던스 증폭기(TIA)는 전류 전압 증폭의 효율을 위하여 2단 또는 다단으로 설계될 수 있다.In the APD optical receiver, an APD chip and an amplifier circuit that amplifies light current, that is, a Trans-impedance Amplifier (TIA) are provided as key components, and other bias supply circuits, APD protection circuits, noise blocking filters, and thermoelectric effects are provided. It may include a thermo-electric cooler (TEC, Thermo-Electric Cooler) using a (Thermo-electric Effect) and a thermistor for detecting a temperature change of the APD. A transimpedance amplifier (TIA) may be designed in two or multiple stages for the efficiency of current voltage amplification.

또한, 추가적으로 증폭기 회로의 뒷단에서 입력 전압을 받아 기준 전압과 비교하여, 입력이 기준 전압을 넘는지 여부를 검출하고, 그 결과를 디지털로 출력해주는 전압 비교기(Comparator)를 출력단에 구비할 수 있다,In addition, a voltage comparator may be provided at the output terminal to additionally receive the input voltage from the rear end of the amplifier circuit, compare it with the reference voltage, detect whether the input exceeds the reference voltage, and output the result digitally,

본 발명의 전력제어부(300)는 광 송수신 장치의 신호 처리를 제어하며, 전력 제어를 위한 타이밍이 프로그램되어 작동하는 프로세서(Processor)로서의 기능을 수행하는 장치이다. 전력제어부는 프로그램 가능한 컨트롤러 유닛으로서, 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자로 구성되는 FPGA(field programmable gate array, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 사용될 수 있으며, 이에 준하는 임베디드(Embedded) 프로그래머블 프로세서, 또는 통상의 컴퓨터 시스템에 적용되는 CPU(central processing unit)가 적용될 수 있다.The power control unit 300 of the present invention controls signal processing of an optical transceiver and functions as a processor in which timing for power control is programmed and operated. The power control unit is a programmable controller unit, and an FPGA (field programmable gate array) composed of semiconductor elements including designable logic elements and programmable internal circuits may be used, and an embedded A programmable processor or a central processing unit (CPU) applied to a normal computer system may be applied.

도 3은 본 발명에 따른 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력제어 타이밍의 예시도이다.3 is an exemplary diagram of power control timing of an optical signal processing device using an APD according to the present invention.

도 3을 참조하면, 전력제어부는 APD 광 수신부의 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 인에이블(Enable)시에 발생하는 전원 스위칭 노이즈(Power on switching noise)가 발생하는 시간 마진을 제1타이밍, 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 펄스 발생 시간을 제2타이밍, 상기 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격을 제3타이밍으로 하며, 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 제4타이밍으로 설정하거나 제어할 수 있다. 광 송신부 레이저 출력 주기의 한주기 시간 간격은 제5타이밍이라 할 수 있다.Referring to FIG. 3, the power control unit sets a time margin in which power on switching noise occurs when the power of the transimpedance amplifier (TIA) of the APD optical receiver is enabled at a first timing, optical The time interval between the first timing and the waiting time according to the path distance of the emitted light pulse and the light detection time margin of the APD light receiving unit is the third timing. And, in the one-time transmission period of the laser light of the light transmission unit, a time interval excluding the third timing may be set or controlled as a fourth timing. A time interval of one cycle of the laser output cycle of the light transmitter may be referred to as a fifth timing.

전력제어부에서는 제1 내지 제5타이밍을 프로그램밍하여 APD 광 수신부의 트랜스임피던스 증폭기(TIA)에 대한 전원 컨트롤(Power down control) 및 광 송신부의 레이저 다이오드를 제어를 통하여 APD 광 수신부의 전력 절감을 수행하게 된다.The power control unit programs the first to fifth timings to perform power down control of the transimpedance amplifier (TIA) of the APD light receiver and control the laser diode of the light transmitter to save power of the APD light receiver. do.

즉 상술된 구성과 전력제어부의 순차적인 타이밍 제어를 통하여 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력 제어가 수행될 수 있다.That is, power control of the optical signal processing device using the APD can be performed through the above-described configuration and sequential timing control of the power control unit.

본 발명의 광 신호 처리 장치는 APD를 이용하는 광 통신 장치들에 널리 적용될 수 있으며, 특히 라이다(LADAR, LAser Detection And Ranging)용 시스템에 적용될 수 있다. 본 실시예의 광 신호 처리 장치가 360도 회전하는 광유닛을 구비한 라이다에 적용되는 경우, 동일한 값의 제5 타이밍의 총합이 1회전에 대응하는 시간이나 거리와 일치하지 않는 오차를 보정하기 위해 적어도 1회의 제4 타이밍의 시간간격은 나머지 제4 타이밍의 시간간격과 다를 수 있다.The optical signal processing device of the present invention can be widely applied to optical communication devices using an APD, and can be particularly applied to a LADAR (LAser Detection And Ranging) system. When the optical signal processing device of the present embodiment is applied to a lidar having an optical unit rotating 360 degrees, in order to correct an error in which the sum of the fifth timings of the same value does not match the time or distance corresponding to one rotation A time interval of at least one fourth timing may be different from a time interval of the remaining fourth timings.

본 명세서에서 용어 '타이밍'은 특정 시간 구간이나 특정 동작모드 구간을 지칭하는 것으로, 구간(period)로 대체될 수 있다.In this specification, the term 'timing' refers to a specific time period or a specific operation mode period, and may be replaced with a period.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 APD를 이용하는 라이다 광학 장치에서 도 3에 대한 전력제어 타이밍의 예시를 보여주는 타이밍도이고, 도 5는 도 4에 대하여 TIA 온오프 타이밍과 광 수신 주기 분석을 보여주는 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 On/Off 시의 응답 특성을 보여주는 예시도이다.4 is a timing diagram showing an example of power control timing of FIG. 3 in a lidar optical device using an APD according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an analysis of TIA on-off timing and light reception cycle with respect to FIG. FIG. 6 is an exemplary diagram showing response characteristics of a transimpedance amplifier (TIA) according to an embodiment of the present invention when power is turned on/off.

상기 도 3 내지 도 6을 참조하여 도 7에 대한 본 발명의 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법의 흐름을 설명하면 다음과 같다.The flow of the power control method of the optical signal processing device using the APD of the present invention with respect to FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 3 to 6 .

본 발명의 APD를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법은 레이저 송출 제1타이밍 전 TIA 전원을 인에이블하는 제1단계(S100), 상기 제1타이밍 후 레이저를 제2타이밍으로 송출하는 제2단계(S200), 레이저 경로에 따른 제3타이밍 동안 레이저 광을 검출하는 제3단계(S300), TIA 전원을 제4타이밍 동안 디세이블(Power off)하는 제4단계(S400) 및 광송신부의 레이저 송출 주기(제5타이밍)에 대하여 상기 제1단계(S100) 내지 제4단계(S400)를 반복하는 제5단계(S500)로 이루어진다.A power control method of an optical signal processing device using an APD of the present invention includes a first step of enabling TIA power before a first timing of laser transmission (S100), and a second step of transmitting laser at a second timing after the first timing. (S200), a third step of detecting laser light during a third timing along the laser path (S300), a fourth step of powering off the TIA power during a fourth timing (S400), and laser transmission of the optical transmitter It consists of a fifth step (S500) of repeating the first step (S100) to the fourth step (S400) with respect to the cycle (fifth timing).

이때 제1타이밍은 APD 광 수신부의 TIA의 전원 인에이블(Enable)시에 발생하는 Power on switching시의 노이징이 발생하는 시간 마진이다.In this case, the first timing is a time margin in which noise occurs during power on switching, which occurs when the power of the TIA of the APD optical receiver is enabled.

즉, 제1타이밍은 도 6에서 보여주는 바와 같이 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 On/Off 시의 응답 특성(Transient Response)에서 TIA 소자가 전원 On 시, Rising time을 거쳐 안정화(Stable) 상태의 진입까지의 Power on switching에 따른 Turn on 노이즈 발생 시간을 의미한다. 이는 TIA 소자마다 그 응답 특성은 상이할 수 있으나, 본 발명에서는 200ns의 TIA 소자를 적용하였다. 제1타이밍 동안의 응답 특성에 따른 노이징은 전력제어부에 의해 무시된다.That is, the first timing, as shown in FIG. 6, enters the stable state through the rising time when the TIA element is powered on in the transient response of the transimpedance amplifier (TIA) when power is turned on/off It means turn on noise generation time according to power on switching up to This may have different response characteristics for each TIA element, but in the present invention, a 200ns TIA element was applied. Noise according to response characteristics during the first timing is ignored by the power control unit.

제2타이밍은 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 펄스 발생 시간으로, 레이저 광의 펄스 송출 타임은 5 내지 10ns의 간격을 가질 수 있다.The second timing is a single pulse generation time when the light transmitting unit emits the laser light, and the pulse emission time of the laser light may have an interval of 5 to 10 ns.

제3타이밍은 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격으로서, 도 4에서와 같이 제1타이밍으로 200ns(A)와 광경로 대기시간(B) 및 검출 마진(C)를 포함하는 시간 간격으로서, 빛의 속도 299,792,458m/s으로 환산 시 100m 거리의 목표물에 반사되어 돌아오는 광경로를 예를들면 약 670ns의 광 경로 대기시간(B)이 산출되며, 이에 검출 마진(C)으로서 130ns를 감안하면, 상기 제3타이밍은 1us의 시간 간격을 가질 수 있게 되는 것이다.The third timing is a time interval including the first timing and the waiting time according to the path distance of the transmitted light pulse and the light detection time margin of the APD light receiving unit, as shown in FIG. As a time interval including the low latency (B) and detection margin (C), when converted to the speed of light of 299,792,458 m/s, an optical path that is reflected and returned to a target at a distance of 100 m is, for example, an optical path latency of about 670 ns The time B is calculated, and considering 130 ns as the detection margin C, the third timing can have a time interval of 1 us.

그리고 제4타이밍은 광 송신부의 레이저 광의 송출 주기인 제5타이밍에 따른 시간 간격에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 의미한다. And, the fourth timing means a time interval excluding the third timing from the time interval according to the fifth timing, which is the transmission period of the laser light of the light transmitting unit.

예를 들어 360도를 스캔하는 라이다 시스템에서 수평해상도가 0.25도를 갖는 레이저 광 송출 시, 360도/0.25도=1440point로 이루어지는 하나의 수평 스캔 포인트 값이 산출되며, 이를 초당 20Hz의 동작 주파수로 수평 스캔 시에 1440(points) * 20Hz = 28,800(points)가 1초당 형성된다.For example, in a lidar system that scans 360 degrees, when laser light with a horizontal resolution of 0.25 degrees is emitted, one horizontal scan point value consisting of 360 degrees / 0.25 degrees = 1440 points is calculated, and it is converted to an operating frequency of 20 Hz per second. During horizontal scanning, 1440 (points) * 20Hz = 28,800 (points) are formed per second.

이를 환산하면 1/28,800(points) = 약 0.0000347로서, 약34us 내지 35us의 주기로 라이다 시스템에서 광 송신부의 레이저 송출 주기가 형성됨을 알 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 광 송신부의 레이저 펄스의 출력 송출 주기인 제5타이밍을 35us의 주기로 설정하였다.Converting this to 1/28,800 (points) = about 0.0000347, it can be seen that the laser transmission period of the light transmitter is formed in the LIDAR system with a period of about 34us to 35us. Therefore, in this embodiment, the fifth timing, which is the output transmission period of the laser pulse of the light transmission unit, is set to a period of 35 us.

또한, 제4타이밍은 제5타이밍에서 제3타이밍을 제외한 34us의 시간 간격이 형성되고, 이는 34us 시간 간격 동안 APD 광 수신부의 TIA 전원을 Turn-off 또는 디세이블(Disable)이 가능함을 의미하는 것이다. 이러한 제4 타이밍의 시간 간격들 중 적어도 어느 하나의 특정 제4 타이밍의 시간 간격은 나머지 제4 타이밍들의 동일한 시간 간격들과 다를 수 있으며, 이러한 구성, 동작모드 혹은 설정에 따라 광유닛의 1회전에 따른 동작주기와 일치되도록 제어할 수 있다.In addition, in the fourth timing, a time interval of 34us is formed except for the third timing in the fifth timing, which means that the TIA power of the APD light receiver can be turned off or disabled during the 34us time interval. . The time interval of at least one specific fourth timing among the time intervals of the fourth timing may be different from the same time intervals of the remaining fourth timings. It can be controlled to match the operation cycle according to the

본 발명의 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법에 있어서, 제1단계(S100)는 광 송신부의 레이저 송출 제1타이밍으로 TIA 전원을 Turn-on 또는 인에이블(Enable)하는 단계이다. 이에 일실시예인 도 4에서와 같이 약 200ns 전에 APD 광 수신부의 TIA 전원을 Turn-on 또는 인에이블(Enable)할 수 있다.In the power control method of the optical signal processing device of the present invention, the first step (S100) is a step of turning on or enabling the TIA power supply at the first timing of laser transmission of the optical transmitter. Accordingly, as shown in FIG. 4, which is an embodiment, the TIA power of the APD light receiving unit may be turned on or enabled before about 200 ns.

제2단계(S200)는 TIA 전원 Enable 후 상기 제1타이밍, 즉 200ns 후에 광 송신부의 레이저 광을 제2타이밍 동안 송출하는 단계이다. 이는 일실시예인 도 4에서와 같이 Single Pulse width로 5 내지 10ns의 타임간격 동안 송출하는 단계일 수 있다.The second step (S200) is a step of transmitting the laser light of the light transmitter during the second timing after the first timing, that is, 200 ns after the TIA power supply is enabled. This may be a step of transmitting during a time interval of 5 to 10 ns with a single pulse width as shown in FIG. 4, which is an embodiment.

제3단계(S300)는 APD 광 수신부가 상기 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격을 포함하는 제3타이밍 동안 TIA 전원이 인에이블(Enable)된 단계이다. In the third step (S300), the TIA power is supplied during the third timing, wherein the APD light receiver includes a waiting time according to the first timing and the path distance of the transmitted light pulse, and a time interval including a light detection time margin of the APD light receiver. This is the enabled stage.

즉 일실시예인 도 4에서와 같이 1us 동안 레이저 수신을 대기하다가 광을 검출할 때까지의 시간 간격으로서, TIA 전원이 인에이블(Enable) 된 상태의 단계를 의미한다. 그러므로 TIA 전원이 인에이블(Enable) 또는 Power On된 상태의 상기 제3타이밍의 시간 내에서만 APD 광 수신부가 광 펄스의 검출을 수행할 수 있도록 되어진다.That is, as shown in FIG. 4, which is an embodiment, it is a time interval from waiting for laser reception for 1 us to detecting light, which means a stage in which the TIA power is enabled. Therefore, the APD light receiving unit can detect the light pulse only within the third timing when the TIA power is enabled or powered on.

제4단계(S400)는 제3단계의 제3타이밍 이후 APD 광 수신부의 TIA 전원을 제4타이밍 동안 디세이블(Disable) 또는 Turn-off하는 단계로서, 이는 일실시예인 도 4에서와 같이 34us 동안 디세이블(Disable) 또는 Turn-off하는 단계로 볼 수 있다. 즉 상기 제4단계(S400)에서는 APD가 광 검출을 수행하지 않아도 되는 시간 간격으로서, 이에 대하여 Power down 모드로 설정되어 광 신호 처리 장치의 전력을 절감할 수 있게 되는 것이다.The fourth step (S400) is a step of disabling or turning off the TIA power of the APD light receiver for a fourth timing after the third timing of the third step, which is for 34us as shown in FIG. 4, which is an embodiment. It can be viewed as a stage of disabling or turning off. That is, in the fourth step (S400), it is a time interval during which the APD does not have to perform photodetection, and for this, the power down mode is set to save power of the optical signal processing device.

제5단계(S500)는 광 송신부의 레이저 출력 주기에 대하여 반복하는 단계라 할 수 있다. 즉 35us 시간 간격에 기반하는 제5타이밍으로 상기 제1단계(S100)에서 제4단계(S400)를 반복하여 광 신호 처리 장치의 전력 절감을 수행할 수 있는 것이다.The fifth step (S500) may be referred to as a step that is repeated for the laser output cycle of the light transmitter. That is, the power saving of the optical signal processing device can be performed by repeating the first step (S100) to the fourth step (S400) at a fifth timing based on a 35us time interval.

이를 다시 레이저 광을 발신하는 레이저 다이오드(LD) 및 APD 칩과 광 전류를 증폭하기 위한 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier)를 포함하는 RX_APD 보드를 포함하여 100m의 목표물에 대하여 수평해상도 0.25도를 가지고, 초당 20Hz로 동작하는 라이다(LiDAR)용 광 신호 처리 장치 또는 라이다 시스템에 적용하면 다음과 같다.Horizontal resolution of 0.25 degrees for a target of 100m, including the RX_APD board that includes a laser diode (LD) and an APD chip that radiates laser light again, and a Trans-impedance Amplifier (TIA) to amplify the light current. , and applied to an optical signal processing device for LiDAR or a lidar system operating at 20 Hz per second, it is as follows.

라이다 시스템의 광 송신부의 레이저 다이오드(LD)가 레이저 광 송출하기 약 200ns 전에 RX_APD 보드의 TIA 전원을 Enable하고, 이때 전원 스위칭 노이즈가 수신 되는데 전력제어부(300)에서 이 신호를 무시(don't care)한다. TIA 전원 Enable 후 약 200nS 후에 레이저 다이오드(LD) 광을 약 10ns로 송출한다.About 200ns before the laser diode (LD) of the optical transmitter of the lidar system emits laser light, the TIA power of the RX_APD board is enabled, and at this time, power switching noise is received. The power control unit 300 ignores this signal (don't care) About 200nS after enabling the TIA power supply, the laser diode (LD) light is emitted in about 10ns.

그리고 100m 거리의 사물과 주변 환경의 측정을 위해서 약 0.67us 기간 동안 RX 수신을 위해 대기한 후, 100m 거리 측정을 위한 0.67us 및 검출 마진 타임 이후에 RX_APD 보드의 TIA 전원을 Turn off 한다. 이때도 스위칭 노이즈가 약 200ns 동한 수신 되는데 FPGA에서 이 신호는 상기 전력제어부(FPGA)에서 무시(don't care)할 수 있다.Then, after waiting for RX reception for about 0.67us to measure the object at 100m distance and the surrounding environment, turn off the TIA power of the RX_APD board after 0.67us for 100m distance measurement and the detection margin time. Even at this time, the switching noise is received for about 200 ns, and in the FPGA, the power control unit (FPGA) can ignore (don't care) this signal.

이후 상기 라이다 시스템의 수평해상도에 맞는 주기 약 35us 간격에 따라 상술된 TIA 전원의 ON/OFF 과정을 반복하게 되면, 상기와 같이 1us On(Idle), 34us Off (Slip) 동작을 하면서 수신 전력을 1/34로 줄일 수 있게 되는 것이다.Afterwards, when the above-described TIA power ON/OFF process is repeated according to the period of about 35 us according to the horizontal resolution of the lidar system, the received power is It can be reduced to 1/34.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.As described above, the detailed description of the present invention has been described with respect to preferred embodiments, but those skilled in the art within the scope that does not depart from the spirit and scope of the present invention described in the claims below It will be understood that various modifications and variations may be made to the present invention.

100: APD 광 수신부
200: 광 송신부
300: 전력제어부100: APD optical receiver
200: optical transmitter
300: power control unit

Claims (8)

광 통신용 광 신호 처리 장치에 있어서,
레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 광 송신부,
APD(Avalanche photodiode) 칩과 광 전류를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier)를 포함하는 APD 광 수신부, 및
상기 APD 광 수신부의 광 검출을 위한 시간 간격에서는 Power on 모드로, APD 광 수신부가 광 검출을 수행하지 않아도 되는 시간 간격에서는 Power down 모드로 동작시키기 위한 하나 이상의 타이밍이 설정되어, 상기 광 송신부의 레이저 광 출력 주기에 반복하여 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 제어 및 상기 광 송신부 및 APD 광 수신부의 신호 처리를 수행하는 전력제어부를 포함하며,
상기 Power on 모드에서는 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 응답특성에 따른 Turn on 노이즈 발생 시간 간격을 제1타이밍, 상기 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간을 제2타이밍, 상기 제1타이밍과 광경로 대기시간 및 검출 마진을 포함하는 시간 간격을 제3타이밍으로 하는 시간 간격이 설정되고,
상기 Power down 모드에서는 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기로 하는 시간 간격에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 제4타이밍으로 하여 설정되는 것을 특징으로 하는 광 신호 처리 장치.In the optical signal processing device for optical communication,
a light transmitting unit including means for emitting laser light;
An APD optical receiver including an Avalanche photodiode (APD) chip and a Trans-impedance Amplifier (TIA) that amplifies light current, and
One or more timings are set to operate the APD light receiving unit in power on mode in a time interval for light detection and in a power down mode in a time interval in which the APD light receiving unit does not need to perform light detection, so that the laser beam of the light transmitting unit is operated. A power control unit for controlling power of the transimpedance amplifier (TIA) and processing signals of the optical transmission unit and the APD optical reception unit repeatedly in an optical output period;
In the power on mode, the turn on noise generation time interval according to the response characteristics of the transimpedance amplifier (TIA) is the first timing, the single light pulse generation time when the laser light is emitted from the light transmitter is the second timing, the first timing A time interval including a timing, an optical path waiting time, and a detection margin is set as a third timing,
In the power down mode, a time interval excluding the third timing from a time interval of a one-time transmission period of the laser light of the optical transmitter is set as a fourth timing. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 APD 광 수신부의 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)는 전류 전압 증폭의 효율을 위하여 2단 내지 다단으로 구비되는 것을 특징으로 하는 광 신호 처리 장치.The method of claim 1,
The optical signal processing device, characterized in that the transimpedance amplifier (TIA) of the APD optical receiver is provided in two or multiple stages for efficiency of current voltage amplification. 청구항 1에 있어서,
상기 APD 광 수신부는 입력 전압을 받아 기준 전압과 비교하여, 입력이 기준 전압을 넘는지 여부를 검출하고, 그 결과를 디지털로 출력해주는 전압 비교기(Comparator)를 출력단에 구비하는 것을 특징으로 하는 광 신호 처리 장치.The method of claim 1,
The APD light receiving unit receives an input voltage, compares it with a reference voltage, detects whether the input exceeds the reference voltage, and has a voltage comparator at an output terminal for digitally outputting the result. processing unit. APD(Avalanche photodiode)를 이용하는 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법으로서,
광 송신부의 레이저 광 펄스 송출 제1타이밍 전에 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier) 전원을 인에이블(Enable)하는 제1단계;
상기 TIA 전원을 인에이블한 후에 상기 광 송신부의 레이저 광 펄스를 제2타이밍까지 송출하는 제2단계;
APD 광 수신부가 제3타이밍 동안 레이저 광 펄스의 경로 시간에 대한 수신을 대기하고 광 펄스를 검출하는 제3단계;
상기 제3단계의 제3타이밍 이후 APD 광 수신부의 TIA 전원을 제4타이밍 동안 디세이블(Disable)하는 제4단계; 및
광 신호 처리 장치의 해상도에 따른 광 송신부의 레이저 송출 주기인 제5타이밍에 기반하여 상기 제1단계에서 제4단계를 반복하는 제5단계;
를 포함하며,
상기 제1타이밍은 TIA의 전원 인에이블(Enable)시에 발생하는 전원 스위칭 노이즈(Power on switching noise)가 발생하는 시간 마진이고,
상기 제2타이밍은 상기 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간 간격이고,
상기 제3타이밍은 상기 제1타이밍과 송출된 광 펄스의 경로 거리에 따른 대기 시간 및 APD 광 수신부의 광 검출 시간 마진을 포함하는 시간 간격이고,
상기 제4타이밍은 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격인 것을 특징으로 하는 광 신호 처리 장치의 전력 제어 방법.As a power control method of an optical signal processing device using an avalanche photodiode (APD),
A first step of enabling a trans-impedance amplifier (TIA) power before a first timing of transmitting a laser light pulse from an optical transmitter;
a second step of transmitting the laser light pulses of the light transmitter until a second timing after enabling the TIA power supply;
a third step of waiting for reception of the path time of the laser light pulse by the APD light receiver during a third timing and detecting the light pulse;
a fourth step of disabling the TIA power of the APD light receiver for a fourth timing after the third timing of the third step; and
a fifth step of repeating the first step to the fourth step based on a fifth timing, which is a laser transmission cycle of the light transmitter according to the resolution of the optical signal processing device;
Including,
The first timing is a time margin in which power on switching noise occurs when the power of the TIA is enabled,
The second timing is a single light pulse generation time interval when the laser light is transmitted by the light transmitter,
The third timing is a time interval including a waiting time according to the first timing and a path distance of the transmitted light pulse and a light detection time margin of the APD light receiving unit,
The power control method of the optical signal processing device, characterized in that the fourth timing is a time interval excluding the third timing from the one-time transmission period of the laser light of the optical transmitter. 삭제delete 라이다(LiDAR)용 광 신호 처리 장치로서,
레이저 광을 발신하기 위한 수단을 포함하는 광 송신부;
APD(Avalanche photodiode) 칩과 광 전류를 증폭하는 트랜스임피던스 증폭기(TIA, Trans-impedance Amplifier)를 포함하는 APD 광 수신부; 및
상기 광 송신부의 광 펄스 출력 주기의 시간 간격에 반복하여 상기 APD 광 수신부의 광 검출을 위한 시간 간격에서는 Power on 모드로, APD 광 수신부가 광 검출을 수행하지 않아도 되는 시간 간격에서는 Power down 모드로 동작시키기 위한 하나 이상의 타이밍이 설정되어, 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 전원 제어 및 상기 광 송신부 및 APD 광 수신부의 신호 처리를 수행하는 전력제어부를 구비하며,
상기 Power on 모드에서는 상기 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 응답특성에 따른 Turn on 노이즈 발생 시간 간격을 제1타이밍, 상기 광 송신부의 레이저 광 송출시의 단일 광 펄스 발생 시간을 제2타이밍, 상기 제1타이밍과 광경로 대기시간 및 검출 마진을 포함하는 시간 간격을 제3타이밍으로 하는 시간 간격이 설정되고,
상기 Power down 모드에서는 상기 광 송신부의 레이저 광의 일회 송출 주기로 하는 시간 간격에서 상기 제3타이밍을 제외한 시간 간격을 갖는 제4타이밍이 설정되는 것을 특징으로 하는 광 신호 처리 장치.As an optical signal processing device for LiDAR,
a light transmission unit including means for emitting laser light;
APD optical receiver including an Avalanche photodiode (APD) chip and a trans-impedance amplifier (TIA) for amplifying light current; and
Operates in power on mode in the time interval for light detection of the APD light receiver and in power down mode in the time interval in which the APD light receiver does not need to perform light detection by repeating at the time interval of the light pulse output period of the light transmitter. A power control unit configured to set one or more timings to perform signal processing of the transimpedance amplifier (TIA) and signal processing of the optical transmission unit and the APD optical reception unit,
In the power on mode, the turn on noise generation time interval according to the response characteristics of the transimpedance amplifier (TIA) is the first timing, the single light pulse generation time when the laser light is emitted from the light transmitter is the second timing, the first timing A time interval including a timing, an optical path waiting time, and a detection margin is set as a third timing,
In the power down mode, a fourth timing having a time interval excluding the third timing is set from a time interval of a one-time transmission cycle of the laser light of the optical transmitter. 삭제delete
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190178992A1 (en) * 2017-09-18 2019-06-13 Velodyne Lidar, Inc. LIDAR Signal Acquisition

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7486386B1 (en) * 2007-09-21 2009-02-03 Silison Laboratories Inc. Optical reflectance proximity sensor
KR102457219B1 (en) * 2015-01-13 2022-10-21 삼성메디슨 주식회사 Ultrasound imaging apparatus and control method for the same
KR20170065401A (en) * 2015-12-03 2017-06-13 삼성전자주식회사 Ultrasonic image apparatus and power management method thereof
US11105925B2 (en) * 2017-03-01 2021-08-31 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for LIDAR
JP7290571B2 (en) * 2017-03-31 2023-06-13 ベロダイン ライダー ユーエスエー，インコーポレイテッド Integrated LIDAR lighting output control

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190178992A1 (en) * 2017-09-18 2019-06-13 Velodyne Lidar, Inc. LIDAR Signal Acquisition

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