KR20210086416A - 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법 - Google Patents

거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210086416A
KR20210086416A KR1020200064541A KR20200064541A KR20210086416A KR 20210086416 A KR20210086416 A KR 20210086416A KR 1020200064541 A KR1020200064541 A KR 1020200064541A KR 20200064541 A KR20200064541 A KR 20200064541A KR 20210086416 A KR20210086416 A KR 20210086416A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
differential
current
output
analog converter
type digital
Prior art date
Application number
KR1020200064541A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102424662B9 (ko
KR102424662B1 (ko
Inventor
김윤지
이희현
Original Assignee
현대오토에버 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대오토에버 주식회사 filed Critical 현대오토에버 주식회사
Priority to DE102020214873.2A priority Critical patent/DE102020214873A1/de
Priority to US17/106,412 priority patent/US11581860B2/en
Priority to CN202011372901.5A priority patent/CN113126065B/zh
Publication of KR20210086416A publication Critical patent/KR20210086416A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102424662B1 publication Critical patent/KR102424662B1/ko
Publication of KR102424662B9 publication Critical patent/KR102424662B9/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G01S7/4876—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection by removing unwanted signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

본 발명은 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치는, 거리 감지 시스템에서 차동 증폭부 및 차동 비교부가 구비된 수신단의 입력 오프셋 제거 장치에 있어서, 상기 차동 비교부 및 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택적으로 모니터링하는 출력 모니터링부, 상기 차동 비교부의 입력단 및 상기 차동 증폭부의 입력단에 각각 연결된 전류형 디지털-아날로그 변환부, 및 상기 모니터링된 차동 비교부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키고, 상기 모니터링된 차동 증폭부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 제어부를 포함한다.

Description

거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법{Apparatus and method for canceling receiver input offset in distance sensing system}
본 발명은 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 거리 감지 시스템에서 모니터링된 수신단의 차동 출력 차이를 전류형 디지털-아날로그 변화기를 통해 감소시켜 수신단의 입력 오프셋을 제거함으로써, 물체 감지의 거리를 증가시킬 수 있는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging)는 빛을 활용해 거리를 측정하고 물체를 감지하는 기술이다. 라이다는 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화, 편광 상태의 변화 등으로부터 측정 대상물의 거리와 농도, 속도, 형상 등 물리적 성질을 측정하는 것을 말한다.
극초단파를 이용하여 대상물까지의 왕복 시간을 관측함으로써 거리를 구하는 레이더(RADAR: Radio Detection And Ranging)와 유사하지만, 전파를 이용하는 레이다와 달리 빛을 이용한다는 차이가 있으며, 이러한 점에서 '영상 레이더'라고 칭해지기도 한다.
라이다는 1930년대 기상 관측을 위해 처음 개발되었다가 레이저 기술이 등장한 1960년대 이르러서 본격적으로 활용되기 시작했다. 당시에는 주로 항공분야와 위성에 적용되었으나 이후 영역을 넓히며 지구환경, 탐사, 자동차, 로봇 등에 적용되었다. 라이다 장치는 위성이나 항공기에서 레이저 펄스를 방출하고, 대기중의 입자에 의해 후방 산란되는 펄스를 지상 관측소에서 수신하는 항공 라이다가 주류를 이루어왔으며, 이러한 항공 라이다는 바람 정보와 함께 먼지, 연기, 에어로졸, 구름 입자 등의 존재와 이동을 측정하고, 대기중의 먼지입자의 분포 또는 대기 오염도를 분석하는데 사용되어왔다.
최근에는 송신계와 수신계가 모두 지상에 설치되어 장애물 탐지, 지형 모델링, 대상물까지의 위치 획득 기능을 수행하는 지상 라이다도 감시정찰로봇, 전투로봇, 무인수상함, 무인헬기 등의 국방 분야나, 민수용 이동 로봇, 지능형자동차, 무인자동차 등의 민수용 분야에 대한 적용을 염두에 두고 활발히 연구가 이루어지고 있다.
그런데, 라이다 시스템에 사용되는 입력 센서는 포토다이오드로 전류 출력을 내보낸다. 이를 거리 신호로 감지하기 위해서, 라이다 시스템은 전류를 전압으로 변환/증폭하여 신호를 처리한다. 이때, 노이즈 제거 및 정확도 상승을 위해 대부분의 증폭기(amplifier)는 차동(differential) 구조를 채택한다. 이러한 증폭기는 기본적으로 공통모드 전압을 지니는데, 이 전압에 오프셋이 발생하게 되면 수신단 이후 데이터를 생성하는데 있어 오류를 만들어 낼 수 있다.
본 발명의 실시예들은 거리 감지 시스템에서 모니터링된 수신단의 차동 출력 차이를 전류형 디지털-아날로그 변화기를 통해 감소시켜 수신단의 입력 오프셋을 제거함으로써, 물체 감지의 거리를 증가시킬 수 있는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 거리 감지 시스템에서 수신단의 입력 오프셋을 제거함으로써, 거리 감지의 정확성을 높일 수 있는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위의 환경에서도 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 거리 감지 시스템에서 차동 증폭부 및 차동 비교부가 구비된 수신단의 입력 오프셋 제거 장치에 있어서, 상기 차동 비교부 및 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택적으로 모니터링하는 출력 모니터링부; 상기 차동 비교부의 입력단 및 상기 차동 증폭부의 입력단에 각각 연결된 전류형 디지털-아날로그 변환부; 및 상기 모니터링된 차동 비교부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키고, 상기 모니터링된 차동 증폭부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 제어부를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치가 제공될 수 있다.
상기 출력 모니터링부는, 상기 차동 비교부 및 상기 차동 증폭부의 출력단에 각각 연결되고, 상기 차동 비교부의 차동 출력 또는 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택하여 전달하는 멀티플렉서; 상기 전달된 차동 출력을 버퍼링하는 버퍼; 및 상기 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
상기 전류형 디지털-아날로그 변환부는, 상기 차동 비교부의 입력단에 연결된 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부; 및 상기 차동 증폭부의 입력단에 연결된 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이가 기설정된 최소 오프셋 미만이면, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변화기의 제어 비트를 고정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경할 수 있다.
상기 장치는, 전류형 디지털-아날로그 변환부 별로 기울기(slope)를 코어스(Coarse)부터 파인(Fine)으로 설정하는 기울기 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 거리 감지 시스템에서 차동 증폭부 및 차동 비교부가 구비된 수신단의 입력 오프셋 제거 방법에 있어서, 상기 차동 비교부의 차동 출력을 모니터링하는 단계; 상기 모니터링된 차동 비교부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 차동 비교부의 입력에 연결된 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계; 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링된 차동 증폭부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 차동 증폭부의 입력에 연결된 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법이 제공될 수 있다.
상기 차동 비교부의 차동 출력을 모니터링하는 단계는, 상기 차동 비교부의 차동 출력을 선택하여 전달하는 단계; 상기 전달된 차동 출력을 버퍼링하는 단계; 및 상기 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 차동 증폭부의 차동 출력을 모니터링하는 단계는, 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택하여 전달하는 단계; 상기 전달된 차동 출력을 버퍼링하는 단계; 및 상기 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수신단 입력 오프셋 제거 방법은, 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이가 기설정된 최소 오프셋 미만이면, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변화기의 제어 비트를 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경할 수 있다.
상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는, 상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는, 상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경할 수 있다.
상기 방법은, 전류형 디지털-아날로그 변환부 별로 기울기(slope)를 코어스(Coarse)부터 파인(Fine)으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 실시예들은 거리 감지 시스템에서 모니터링된 수신단의 차동 출력 차이를 전류형 디지털-아날로그 변화기를 통해 감소시켜 수신단의 입력 오프셋을 제거함으로써, 물체 감지의 거리를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 거리 감지 시스템에서 수신단의 입력 오프셋을 제거함으로써, 거리 감지의 정확성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 라이다 반도체의 거리 감지에 있어 상당한 기술적 개선이 가능하게 할 수 있다. 거리를 감지하는데 있어, 전류 신호를 입력으로 받아 신호 처리를 하는 데에는 상당한 이득(gain)이 필요하다. 본 발명의 실시예들을 적용하면 거리 감지 시스템 내에서 활용할 수 있는 이득의 범위(Range)가 넓어진다. 이는 물체 감지의 거리를 늘리는 방법 중 하나가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 비교기를 통해 로직으로 전달되는 데이터의 오차를 줄임으로써, 데이터의 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 거리 감지 시스템에서의 거리 수신단을 나타낸 구성도이다.
도 2는 일반적인 거리 감지 시스템에서의 거리 수신단의 오프셋 발생에 의한 오차를 나타낸 도면이다.
도 3은 이득에 따른 오프셋 변화를 나타낸 도면이다.
도 4는 직류 오프셋 캘리브레이션을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 수신단의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 차동 출력을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 다른 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 다른 차동 출력을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 제1 제어 비트의 제어 동작을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 제2 제어 비트의 제어 동작을 나타낸 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법에 대한 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 일반적인 거리 감지 시스템에서의 거리 수신단을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 거리 감지 시스템은 센서(10), 차동 변환부(11), 차동 증폭부(12), 차동 비교부(13), 로직 변환부(14) 및 거리 감지 프로세서(15)를 포함한다.
센서(10)는 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 전기적 신호로 인지한다.
차동 변환부(11)는 신호 처리를 위해, 센서(10)의 출력 신호를 차동 신호로 변환한다.
차동 증폭부(12)는 차동 비교부(13)에서 감지 가능한 신호로 증폭한다.
차동 비교부(13)는 기준 전압과 비교하여 입력 신호를 펄스 형태로 출력한다.
로직 변환부(14)는 차동 출력을 단일 출력으로 변환한다.
거리 감지 프로세서(15)는 시작(Start) 신호와 정지(Stop) 신호를 비교하여 ToF(Time Of Flight) 값을 계산한다.
도 2는 일반적인 거리 감지 시스템에서의 거리 수신단의 오프셋 발생에 의한 오차를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차동 증폭부 출력에서 오프셋(Offset)이 발생하면, 차동 비교수 출력에서는 오차가 발생하게 된다.
일반적인 거리 감지 시스템(예컨대, 라이다 시스템)에서 ToF 결과에서 10ns의 오차 발생 시, 하기 [수학식 1]에 나타난 대로 1.5m의 거리 감지 에러(Error)가 발생한다.
Figure pat00001
본 발명의 일 실시예는 차동 증폭부 및 차동 비교부에서의 차동 입력 단에 발생할 수 있는 오프셋을 제거하여, 신호 처리의 오차율을 줄이기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 오프셋 제거 시 그 만큼의 이득(gain)을 사용할 수 있고, 측정 거리를 키울 수 있다.
도 3은 이득에 따른 오프셋 변화를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이득에 따라 입력되는 신호가 증폭되는 것뿐만 아니라, DC 레벨도 이득만큼 증폭된다. 따라서 이득에 따라 오프셋의 정도가 달라진다. 예를 들어, 공통 모드 전압(VCM, Common mode voltage)을 갖는 차동 신호가 20dB 만큼 증폭되는 경우와 30dB 만큼 증폭되는 경우에 오프셋의 정도가 달라지는 것을 알 수 있다.
도 4는 직류 오프셋 캘리브레이션을 나타낸 도면이다.
보편적으로 양단의 직류 레벨(DC level) 차이를 비교하여, 그 차이를 최소로 하는 매커니즘의 DC 오프셋 켈리브레이션을 사용한다. 이는 오프셋을 제거하는 방법으로 무리가 없으나, 차동 구조를 활용하는 시스템에서는 출력 데이터에 오차를 만들 수 있다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 양단의 오프셋은 제거되었지만, 두 출력 값이 비교기의 기준 전압을 넘는 정도가 달라지는 것을 볼 수 있다. 두 출력 값은 실선과 점섬으로 표시된다.
반면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 양단의 오프셋도 제거되었으며, 두 출력 값이 비교기의 기준 전압을 넘는 정도가 동일한 것을 볼 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 출력 모니터링부(110), 제어부(120) 및 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 포함한다.
그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 수신단 입력 오프셋 제거 장치가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 수신단 입력 오프셋 제거 장치가 구현될 수 있다.
이하, 도 5의 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
우선, 거리 감지 시스템은 라이다 시스템일 수 있다. 거리 감지 시스템은 센서(10), 차동 변환부(11), 차동 증폭부(12), 차동 비교부(13), 로직 변환부(14) 및 거리 감지 프로세서(15)를 포함할 수 있다.
거리 감지 시스템은 포토 다이오드가 펄스 형태의 전류를 내보내면, 펄스를 증폭하여 타이밍 정보를 취득하고 물체의 유무를 감지한다. 포토 다이오드 출력의 진폭은 매우 작기 때문에 차동 증폭부(12)를 통해 일정량만큼 증폭시킨 후, 증폭된 차동 출력 신호(OUTP0, OUTN0)는 차동 비교부(13)로 전달된다. 차동 비교부(13)는 차동 증폭 신호(OUTP0, OUTN0)를 기준 전압과 비교하여 차동 비교 신호(OUTP1, OUTN1)를 로직 변환부(14)로 전달한다. 이때, 차동 증폭부(12)의 출력 양단의 직류(DC)의 오프셋이 존재한다면, 차동 증폭부(12)의 임계치(threshold) 전압을 넘는 펄스의 진폭이 달라지거나 존재하지 않는 상황이 발생한다.
이를 보상하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12)의 차동 출력을 버퍼(112)를 통해 아날로그-디지털 변환기(113)로 전달한다. 그리고 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 제어부(120)를 통해 두 출력의 차이를 비교한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 그 차이를 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 통해 감소시켜 수신단의 입력 오프셋을 제거할 수 있다. 차동 출력은 공통모드 전압을 기준으로 같은 절대값 양만큼 오프셋이 발생된다는 특징을 지닌다. 따라서 동일한 양의 전류를 넣어주고, 빼주면 오프셋이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
이하, 도 5의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
수신단 입력 오프셋 제거 장치는 거리 감지 시스템에서 차동 증폭부(12) 및 차동 비교부(13)가 구비된 수신단의 입력 오프셋을 제거하기 위한 것이다.
출력 모니터링부(110)는 차동 비교부(13)의 출력단 및 차동 증폭부(12)의 출력단에 연결되고, 차동 증폭부(12)의 차동 증폭 출력(OUTP0, OUTN0)과 차동 비교부(13)의 차동 비교 출력(OUTP1, OUTN1)을 모니터링한다.
일례로, 출력 모니터링부(110)는 멀티플렉서(MUX, 111), 버퍼(112) 및 아날로그-디지털 변환기(113)를 포함할 수 있다.
멀티플렉서(111)는 차동 비교부(13) 및 차동 증폭부(12)의 출력단에 각각 연결된다. 멀티플렉서(111)는 차동 비교부(13)의 차동 출력 또는 차동 증폭부(12)의 차동 출력을 선택하여 버퍼(112)로 전달한다. 멀티플렉서(111)는 멀티플렉서 제어를 통해 차동 증폭 출력(OUTP0, OUTN0)과 차동 비교 출력(OUTP1, OUTN1)의 DC 값을 버퍼(112)를 통해 아날로그-디지털 변환기(113)로 전달한다.
버퍼(112)는 멀티플렉서(111)로부터 전달된 차동 출력을 버퍼링한다.
아날로그-디지털 변환기(113)는 버퍼(112)에서 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하여 제어부(120)로 전달한다.
전류형 디지털-아날로그 변환부(130)는 차동 비교부(13)의 입력단 및 차동 증폭부(12)의 입력단에 각각 연결된다.
일례로, 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)는 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131) 및 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)를 포함할 수 있다.
제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)는 차동 비교부(13)의 입력단에 연결된다. 또한, 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)는 차동 증폭부(12)의 입력단에 연결된다.
제어부(120)는 출력 모니터링부(110)를 통해 변환된 값을 비교한다. 제어부(120)는 출력 모니터링부(110)에서 모니터링된 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 제어하여 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이를 감소시킨다. 그리고 제어부(120)는 출력 모니터링부(110)에서 모니터링된 차동 증폭부(12)의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 제어하여 차동 증폭부(12)의 차동 출력의 차이를 감소시킨다.
제어부(120)는 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이가 기설정된 최소 오프셋 미만이면, 제1 전류형 디지털-아날로그 변화기의 제어 비트를 고정한다.
제어부(120)는 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
또한, 제어부(120)는 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경할 수 있다.
제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)에 대해서, 제어부(120)는, 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 차동 증폭부(12)의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
제어부(120)는 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경할 수 있다. 제어부(120)는 각 제어 값(CTRL1, CTRL2)을 조절(sweep)하여 오프셋이 감소되는 것을 확인한다. 그리고 제어부(120)는 최소 오프셋을 갖게 하는 각 제어 값(CTRL1, CTRL2)을 고정시킨다.
이와 같이, 오프셋 제거 순서는 다음과 같다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 출력 모니터링부(110)의 아날로그-디지털 변환기(113)를 통해 DC 전압을 비교한다. 그리고 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 제어하여 오프셋을 최소화시킨다. 이때, 이득에 따라 오프셋의 크기가 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 수신단의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 사용되는 거리 감지 시스템에서 차동 비교부(13)는 차동 신호를 입력받는다.
본 발명의 일 실시예에 사용되는 거리 감지 시스템은 단일(Single) 신호를 입력받고, 이를 차동(Differential) 신호로 변환하여 펄스 형태의 신호의 유무를 정확하게 판별할 수 있다.
거리 감지 시스템에 포함된 차동 비교부(13)는 도 6과 같이, 4개의 차동 신호를 입력으로 받는다. 여기서, 4개의 신호 중에서 기준 신호(303, 304)가 포함된다.
따라서 1번 신호(301), 2번 신호(302)의 DC 레벨 차이가 0에 가까워야 하는 것은 물론이고, 공통 모드(Common mode) 전압에 가까워야 한다. 이에, 아날로그-디지털 변환기(113)를 사용하여 정확한 전압 값에 매칭한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 출력 모니터링부(110), 제어부(120) 및 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 포함한다. 여기서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 기울기 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 수신단 입력 오프셋 제거 장치가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 수신단 입력 오프셋 제거 장치가 구현될 수 있다.
이하, 도 7의 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다. 본 발명의 일 실시예인 도 5와 비교하여 구성 차이를 위주로 설명하기로 한다.
우선, 거리 감지 시스템은 ToF 값 계산을 통해 거리를 감지하기 위해, 복수의 스테이지로 구성될 수 있다. 복수의 스테이지는 스테이지 1(STAGE 1), 스테이지 2(STAGE 2), 스테이지(STAGE 3), …, 및 스테이지 N(STAGE N)을 포함할 수 있다.
복수의 스테이지에 N개의 스테이지가 존재할 때, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 N-1개의 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)를 포함한다. N-1개의 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)는 전류형 디지털-아날로그 변환부 1(CDAC1, 131), 전류형 디지털-아날로그 변환부 2(CDAC2, 132), …, 디지털-아날로그 변환부 N-1(CDAC(N-1), 133)을 포함할 수 있다. 거리 감지 시스템이 N(N은 자연수) 개의 스테이지(21, 22, 23, …, 24)로 구성되는 경우, 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)는 N-1개 스테이지의 입력단에 각각 연결된 N-1개의 전류형 디지털-아날로그 변환부(131, 132, …, 133)를 포함할 수 있다. 여기서, N-1번의 캘리브레이션 루프(Calibration loop)가 발생하여 소요 시간이 증가될 수 있다.
수신단 입력 오프셋 제거 장치의 기울기 제어부(140)는 전류형 디지털-아날로그 변환부 별로 기울기(slope)를 코어스(Coarse)부터 파인(Fine)으로 설정한다.
일례로, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(CDAC1, 131)를 증가된 기울기를 나타낸 코어스로 설정한다. 기울기는 증가하게 된다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 제N-1 전류형 디지털-아날로그 변환부(CDAC(N-1), 133)를 감소된 기울기를 나타내는 파인(Fine)으로 설정한다.
수신단 입력 오프셋 제거 장치는 오프셋 양에 따라 필요한 개수만큼의 루프 캘리브레이션(loop calibration)을 수행한다.
여기서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 이득이 일정 수준을 초과할 경우, 최종 스테이지(stage)의 오프셋 제거부터 수행한다. 반면, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 이득이 일정 수준 이하일 경우, 최초 스테이지(stage)의 오프셋 제거부터 수행한다.
이와 같이, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 오프셋 제거 및 이를 위한 캘리브레이션 시간을 단축시키기 위한 것이다. 이를 위해, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)의 기울기를 조절하는 코어스(Coarse) 및 파인(Fine) 설정 동작을 수행한다. 이를 위한 시퀀스가 추가된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 사용되는 전류형 디지털-아날로그 변환부(CDAC)는 전류형 디지털-아날로그 변환부(130)의 구성 요소로서, 기준 전류원(210), 전류 미러부(220), 바이어스부(230) 및 출력부(240)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 전류형 디지털-아날로그 변환부가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 전류형 디지털-아날로그 변환부가 구현될 수 있다.
이하, 도 8의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
기준 전류원(210)은 일정한 기준 전류(Reference current)를 해당 회로에 흘려준다.
전류 미러부(220)는 기준 전류원(210)으로부터 흘려진 기준 전류를 미러링하여 바이어스부(230)까지 기준 전류를 전달한다.
바이어스부(230)는 출력부(240)의 전류원(Current source) 회로와 동일한 바이어스(bias)를 생성한다.
출력부(240)는 제어부(120)의 제어에 따라 차동 출력을 내보낸다. 이때, 두 출력의 절대값 양은 같고 부호가 반대이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 차동 출력을 나타낸 도면이다.
차동 전류 출력(IOUTP, IOUTN)별로 제어(CTRL) 값에 따른 전류형 디지털-아날로그 변환부의 차동 출력(CDAC OUT)이 도 9에 도시되어 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 다른 구성을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 사용되는 전류형 디지털-아날로그 변환부(CDAC)는 도 8과 다르게, 기울기 제어 회로(250)를 더 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치의 전류형 디지털-아날로그 변환부의 다른 차동 출력을 나타낸 도면이다.
차동 전류 출력(IOUTP, IOUTN)별로 제어(CTRL) 값에 따른 전류형 디지털-아날로그 변환부의 다른 차동 출력(CDAC OUT)이 도 11에 도시되어 있다. 도 11에는 기울기 제어 회로(250)에 의해 차동 전류 출력(IOUTP, IOUTN)별로 기울기가 각각 조절된 다른 차동 출력이 도시되어 있다.
이와 같이, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 이득 설정에 따른 전류 출력(IOUT)의 최대 범위(maximum range)를 변경 가능하게 한다. 이를 위해, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 전류형 디지털-아날로그 변환부(CDAC)의 기준(Reference) 전류의 제어를 수행한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 제1 제어 비트의 제어 동작을 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 전류형 디지털-아날로그 변환부의 제1 제어 비트(control bit)를 제어한다.
이 전류형 디지털-아날로그 변환부에는 두 가지 종류의 제어 비트가 할당된다. 즉, 두 가지 종류의 제어 비트에는 제1 제어 비트와 제2 제어 비트가 포함된다.
제1 제어 비트는 기준 전류(Reference current)를 조절한다. 도 12에서 기준 전류가 클 때(501)와 기준 전류가 작을 때(502)에 대해 전류 기울기 ISLOPE가 도시되어 있다.
도 8은 기준 전류 브랜치(reference current branch)를 하나로 간단하게 표현하였지만, 여러 브랜치(branch)로 연결하여 제1 제어 비트로 전류량을 조절할 수 있다.
이의 필요성은, 이득(Gain)에 따라 출력 DC 오프셋이 벌어지는 양이 달라질 수 있고, 그 크기가 할당된 ICTRL의 조절로도 부족할 수 있다. 따라서 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 전류형 디지털-아날로그 변환부가 내보낼 수 있는 출력 레인지(range)를 줄이거나 넓혀, 보다 정밀하게 DC 오프셋 제거(DCOC, DC-offset cancellation)를 진행할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 제2 제어 비트의 제어 동작을 나타낸 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 전류형 디지털-아날로그 변환부의 제2 제어 비트(control bit)를 제어한다.
제2 제어 비트는 도 13에서 ICTRL로 표시되고, 출력으로 나가는 전류의 양을 조절한다.
모니터링부의 아날로그-디지털 변환기(113)로 차동 증폭부(12)의 출력 양단(OUTP, OUTN)의 값을 모니터링한다. 이후, 제어부(120)는 제2 제어 비트(ICTRL)를 스윕(sweep)하여 최소 오프셋(offset)이 존재하는 ICTRL 값을 찾는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치가 라이다(Lidar) 신호 처리와 연계하여 적용될 수 있다.
라이다 신호 처리를 하는데 있어서, 가장 큰 특징은 입력이 전류라는 점이다. 따라서 해당 회로는 전류를 제어하여 오프셋을 줄여준다는 특징을 가진다. 따라서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 라이다를 이용한 거리 감지를 하는데 있어 정확성을 높일 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법에 대한 흐름도이다.
전체적인 흐름도는 차동 비교부(13)의 오프셋 캘리브레이션이 도시된 도 7과 차동 증폭부(12)의 오프셋 캘리브레이션이 도시된 도 8에 도시되어 있다. 차동 비교부(13)의 오프셋 캘리브레이션을 먼저 하는 이유는, 차동 비교부(13)의 오프셋 조절 포인트와, 차동 증폭부(12)의 오프셋 감지 포인트가 동일하기 때문이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 단계 S101에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 출력 모니터링부(110)의 멀티플렉서(111)를 제어한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13)의 출력을 선택한다.
단계 S102에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13) 출력 양 단의 DC 전압을 모니터링한다.
단계 S103에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN을 비교한다.
단계 S104에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)를 제어한다.
단계 S105에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이를 확인한다.
단계 S106에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이가 최소 오프셋 미만인지(|OUTP-OUTN| < min offset)를 확인한다.
단계 S107에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이가 최소 오프셋 미만이면, 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)의 제어 비트를 고정한다. 반면, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이가 최소 오프셋 이상이면, 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)를 제어하는 단계 S104를 다시 수행한다.
이와 같이, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 비교부(13)의 차동 출력을 모니터링하고, 그 모니터링된 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 차동 비교부(13)의 입력에 연결된 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부(131)를 제어하여 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
한편, 도 15에 도시된 바와 같이, 단계 S201에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 출력 모니터링부(110)의 멀티플렉서(111)를 제어한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12)의 출력을 선택한다.
단계 S202에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12) 출력 양 단의 DC 전압을 모니터링한다.
단계 S203에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN을 비교한다.
단계 S204에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)를 제어한다.
단계 S205에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이를 확인한다.
단계 S206에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이가 최소 오프셋 미만인지(|OUTP-OUTN| < min offset)를 확인한다.
단계 S207에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이가 최소 오프셋 미만이면, 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)의 제어 비트를 고정한다. 반면, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12) 출력 양 단의 DC 전압인 OUTP와 OUTN의 차이가 최소 오프셋 이상이면, 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)를 제어하는 단계 S204를 다시 수행한다.
이와 같이, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 차동 증폭부(12)의 차동 출력을 모니터링하고, 그 모니터링된 차동 증폭부(12)의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 차동 증폭부(12)의 입력에 연결된 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부(132)를 제어하여 차동 비교부(13)의 차동 출력의 차이를 감소시킬 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법에 대한 흐름도이다.
단계 S301에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 출력 모니터링부(110)를 통해 OUTP(N-1)-OUTN(N-1) 값을 취득한다.
단계 S302에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 이득 설정(Gain setting)이 기설정된 이득 값(예컨대, 40dB)을 초과하는지를 확인한다.
단계 S303에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 이득 설정(Gain setting)이 기설정된 이득 값(예컨대, 40dB)을 초과하면, |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset) 미만인지를 확인한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋 미만이면 동작을 종료한다.
단계 S304에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset) 미만이 아니면, |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-1)) 미만인지를 확인한다.
단계 S305에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-1)) 미만이 아니면, (N-1) 루프 캘리브레이션을 수행한다.
단계 S306에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-1)) 미만이면, |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-2)) 미만인지를 확인한다.
단계 S307에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-2)) 미만이 아니면, (N-2) 루프 캘리브레이션을 수행한다.
이후, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 ±LSB(Slope(n))의 n 값을 n-2부터 2까지 감소시키면서 (N-2) 부터 2까지의 루프 캘리브레이션을 수행한다.
단계 S308에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP2-OUTN2| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope2) 미만이면, |OUTP1-OUTN1| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope1) 미만인지를 확인한다.
단계 S309에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP1-OUTN1| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope1) 미만이 아니면, 1 루프 캘리브레이션을 수행한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP1-OUTN1| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope1) 미만이면 동작을 종료한다.
한편, 단계 S310에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 이득 설정(Gain setting)이 기설정된 이득 값(예컨대, 40dB)을 초과하지 않으면, |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset) 미만인지를 확인한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋 미만이면 동작을 종료한다.
단계 S311에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset) 미만이 아니면, |OUTP1-OUTN1| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope1) 미만인지를 확인한다.
단계 S312에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP1-OUTN1| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope1) 미만이 아니면, 1 루프 캘리브레이션을 수행한다.
단계 S313에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP1-OUTN1| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope1) 미만이면, |OUTP2-OUTN2| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope2) 미만인지를 확인한다.
단계 S314에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP2-OUTN2| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope2) 미만이 아니면, 2 루프 캘리브레이션을 수행한다.
이후, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 ±LSB(Slope(n))의 n 값을 2부터 n-2까지 증가시키면서 2부터 (N-2)까지의 루프 캘리브레이션을 수행한다.
단계 S315에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-2)-OUTN(N-2)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-2)) 미만이면, |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-1)) 미만인지를 확인한다.
단계 S316에서, 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-1)) 미만이 아니면, (N-1) 루프 캘리브레이션을 수행한다. 수신단 입력 오프셋 제거 장치는 |OUTP(N-1)-OUTN(N-1)| 값이 최소 오프셋(min offset)±LSB(Slope(n-1)) 미만이면 동작을 종료한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은 라이다 반도체의 거리 감지에 있어 상당한 기술적 개선이 가능하게 할 수 있다. 거리를 감지하는데 있어, 전류 신호를 입력으로 받아 신호 처리를 하는 데에는 상당한 이득(gain)이 필요하다. 본 발명의 실시예들을 적용하면 거리 감지 시스템 내에서 활용할 수 있는 이득의 범위(Range)가 넓어진다. 이는 물체 감지의 거리를 늘리는 방법 중 하나가 될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 비교기를 통해 로직으로 전달되는 데이터의 오차를 줄임으로써, 데이터의 정확성을 높일 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 센서
11: 차동 변환부
12; 차동 증폭부
13: 차동 비교부
14: 로직 변환부
15; 거리 감지 프로세서
21, 22, 23, 24: 스테이지 1, 2, 3, (N)
110: 출력 모니터링부
111: 멀티플렉서
112: 버퍼
113: 아날로그-디지털 변환기
120: 제어부
130: 전류형 디지털-아날로그 변환부
131: 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부
132: 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부
133: 제N-1 전류형 디지털-아날로그 변환부
210: 기준 전류원
220: 전류 미러부
230: 바이어스부
240: 출력부
250: 기울기 제어 회로

Claims (18)

  1. 거리 감지 시스템에서 차동 증폭부 및 차동 비교부가 구비된 수신단의 입력 오프셋 제거 장치에 있어서,
    상기 차동 비교부 및 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택적으로 모니터링하는 출력 모니터링부;
    상기 차동 비교부의 입력단 및 상기 차동 증폭부의 입력단에 각각 연결된 전류형 디지털-아날로그 변환부; 및
    상기 모니터링된 차동 비교부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키고, 상기 모니터링된 차동 증폭부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 제어부를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 모니터링부는,
    상기 차동 비교부 및 상기 차동 증폭부의 출력단에 각각 연결되고, 상기 차동 비교부의 차동 출력 또는 상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택하여 전달하는 멀티플렉서;
    상기 전달된 차동 출력을 버퍼링하는 버퍼; 및
    상기 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류형 디지털-아날로그 변환부는,
    상기 차동 비교부의 입력단에 연결된 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부; 및
    상기 차동 증폭부의 입력단에 연결된 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이가 기설정된 최소 오프셋 미만이면, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 제어 비트를 고정하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    전류형 디지털-아날로그 변환부 별로 기울기(slope)를 코어스(Coarse)부터 파인(Fine)으로 설정하는 기울기 제어부를 더 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치.
  10. 거리 감지 시스템에서 차동 증폭부 및 차동 비교부가 구비된 수신단의 입력 오프셋 제거 방법에 있어서,
    상기 차동 비교부의 차동 출력을 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링된 차동 비교부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 차동 비교부의 입력에 연결된 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계;
    상기 차동 증폭부의 차동 출력을 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링된 차동 증폭부의 차동 출력의 차이에 대한 비교 결과에 따라, 상기 차동 증폭부의 입력에 연결된 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부를 제어하여 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 차동 비교부의 차동 출력을 모니터링하는 단계는,
    상기 차동 비교부의 차동 출력을 선택하여 전달하는 단계;
    상기 전달된 차동 출력을 버퍼링하는 단계; 및
    상기 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하는 단계를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 차동 증폭부의 차동 출력을 모니터링하는 단계는,
    상기 차동 증폭부의 차동 출력을 선택하여 전달하는 단계;
    상기 전달된 차동 출력을 버퍼링하는 단계; 및
    상기 버퍼링된 차동 출력을 아날로그-디지털 방식으로 변환하는 단계를 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이가 기설정된 최소 오프셋 미만이면, 상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 제어 비트를 고정하는 단계를 더 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는,
    상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 차동 비교부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는,
    상기 제1 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는,
    상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 기준 전류(Reference current)를 조절하는 제1 제어 비트를 변경하여, 상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 차동 증폭부의 차동 출력의 차이를 감소시키는 단계는,
    상기 제2 전류형 디지털-아날로그 변환부의 출력으로 나가는 전류의 양을 조절하는 제2 제어 비트를 변경하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    전류형 디지털-아날로그 변환부 별로 기울기(slope)를 코어스(Coarse)부터 파인(Fine)으로 설정하는 단계를 더 포함하는, 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 방법.
KR1020200064541A 2019-12-30 2020-05-28 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법 KR102424662B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020214873.2A DE102020214873A1 (de) 2019-12-30 2020-11-26 Gerät und verfahren zur aufhebung des empfängereingangsoffsets in einem abstandserfassungssystem
US17/106,412 US11581860B2 (en) 2019-12-30 2020-11-30 Apparatus and method for canceling receiver input offset in distance sensing system
CN202011372901.5A CN113126065B (zh) 2019-12-30 2020-11-30 在距离感测系统中的接收端输入失调消除装置以及方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190178687 2019-12-30
KR1020190178687 2019-12-30

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20210086416A true KR20210086416A (ko) 2021-07-08
KR102424662B1 KR102424662B1 (ko) 2022-07-26
KR102424662B9 KR102424662B9 (ko) 2023-05-11

Family

ID=76894182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200064541A KR102424662B1 (ko) 2019-12-30 2020-05-28 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102424662B1 (ko)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003264437A (ja) * 2002-03-12 2003-09-19 Oki Electric Ind Co Ltd アナログ加減算回路、光受信回路、光送信回路、自動利得制御増幅回路、自動周波数特性補償増幅回路、リミット増幅回路
WO2003081769A2 (en) * 2002-03-18 2003-10-02 Xanoptix, Inc. Activity detector circuit
US6710645B2 (en) * 2000-05-11 2004-03-23 Infineon Technologies Ag Amplifier circuit with offset compensation, in particular for digital modulation devices
KR20090045774A (ko) * 2007-11-02 2009-05-08 주식회사 하이닉스반도체 디지털-아날로그 변환기
KR20100034977A (ko) * 2008-09-25 2010-04-02 삼성전자주식회사 오프셋 전압을 보상할 수 있는 신호 처리기, 워블 신호 검출기, 및 이를 포함하는 광 디스크 장치
KR20150081118A (ko) * 2014-01-03 2015-07-13 삼성전자주식회사 직접 변환 수신기의 직류 전류 오프셋 교정 방법 및 장치
JP2017034624A (ja) * 2015-08-06 2017-02-09 アズビル株式会社 Ａｄ変換装置
JP2019176459A (ja) * 2018-03-15 2019-10-10 Tdk株式会社 増幅器回路構成及びそれを較正する方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6710645B2 (en) * 2000-05-11 2004-03-23 Infineon Technologies Ag Amplifier circuit with offset compensation, in particular for digital modulation devices
JP2003264437A (ja) * 2002-03-12 2003-09-19 Oki Electric Ind Co Ltd アナログ加減算回路、光受信回路、光送信回路、自動利得制御増幅回路、自動周波数特性補償増幅回路、リミット増幅回路
WO2003081769A2 (en) * 2002-03-18 2003-10-02 Xanoptix, Inc. Activity detector circuit
KR20090045774A (ko) * 2007-11-02 2009-05-08 주식회사 하이닉스반도체 디지털-아날로그 변환기
KR20100034977A (ko) * 2008-09-25 2010-04-02 삼성전자주식회사 오프셋 전압을 보상할 수 있는 신호 처리기, 워블 신호 검출기, 및 이를 포함하는 광 디스크 장치
KR20150081118A (ko) * 2014-01-03 2015-07-13 삼성전자주식회사 직접 변환 수신기의 직류 전류 오프셋 교정 방법 및 장치
JP2017034624A (ja) * 2015-08-06 2017-02-09 アズビル株式会社 Ａｄ変換装置
JP2019176459A (ja) * 2018-03-15 2019-10-10 Tdk株式会社 増幅器回路構成及びそれを較正する方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102424662B9 (ko) 2023-05-11
KR102424662B1 (ko) 2022-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230400558A1 (en) Lidar receiving apparatus, lidar system and laser ranging method
US11592553B2 (en) Distance measurement system and method using lidar waveform matching
US11909366B2 (en) Multistage variable gain amplifier for sensor application
US6650404B1 (en) Laser rangefinder receiver
EP1884758A1 (en) Control loop for the integrated sine wave OTDR measurement online
CN113126065B (zh) 在距离感测系统中的接收端输入失调消除装置以及方法
CN108802425A (zh) 一种机载风速测量激光雷达系统
EP3149514B1 (en) Compensated distance measurement methods and apparatus
US11841466B2 (en) Systems and methods for detecting an electromagnetic signal in a constant interference environment
KR102424662B1 (ko) 거리 감지 시스템에서의 수신단 입력 오프셋 제거 장치 및 방법
CN111366942B (zh) 激光雷达系统、用于增加激光雷达感测距离的装置和方法
US8477291B2 (en) System and method for ranging of targets
CN116930984A (zh) 一种测量电路和测量装置
KR20210086369A (ko) 포토다이오드를 선택적으로 이용한 라이다 신호 수신 장치 및 방법
CN110850427B (zh) 可用于激光雷达的放大电路、激光雷达、控制方法
CN113900072A (zh) 利用非探测光调整偏压的方法、装置、系统和激光雷达
Kurtti et al. Pulse width time walk compensation method for a pulsed time-of-flight laser rangefinder
KR102242503B1 (ko) 고정밀 옵셋 보정 비교기 및 이를 포함하는 라이다 시스템
CN113841064A (zh) 用于运行光电二极管的方法
CN113419250A (zh) 激光测距系统及激光测距方法
RU2762977C1 (ru) Приемник импульсных лазерных сигналов
CN108415028B (zh) 脉冲参数加密的激光测距系统及方法
CN220399647U (zh) 一种测量电路和测量装置
CN218772021U (zh) 一种增益可控的放大电路及激光雷达
KR102610763B1 (ko) 라이다 잡음 제거 장치 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]