KR20220112097A

KR20220112097A - 라이다 장치 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR20220112097A
Application number: KR1020210015654A
Authority: KR
Inventors: 김진명; 손경현; 신동재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-10
Also published as: US20220244385A1

Abstract

라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 장치는 광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로, 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 펄스 신호를 출력하는 N-타입 링 전압 제어 발진 회로, 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 펄스 신호를 출력하는 P-타입 링 전압 제어 발진 회로, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정하는 제어부를 포함한다.

Description

라이다 장치 및 그 동작 방법{LIDAR DEVICE AND OPERATING MOTHOD FOR THE SAME}

본 개시는 라이다 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 시스템은 다양한 분야, 예를 들어, 우주항공, 지질학, 3차원 지도, 자동차, 로봇, 드론 등에 응용되고 있다. 라이다 장치는 기본 동작 원리로 광의 왕복 비행 시간 측정법(Time of Flight, 이하 ToF라 한다)을 이용한다. 예를 들어, 라이다 장치는 대상체를 향해 광을 송신하고 센서를 통해 이를 수신하며, 전기회로를 이용하여 대상체에 대한 정보를 획득할 수 있다.

라이다 장치 및 그 동작 방법을 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 측면에 따르면, 라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 장치는 광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로, 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 펄스 신호를 출력하는 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(RVCO: Ring Voltage Controlled Oscillator), 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 펄스 신호를 출력하는 P-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정하는 제어부를 포함할 수 있다.

다른 일 측면에 따르면, 라이다 장치는 광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로, 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 지연 신호를 출력하는 N-타입 지연 라인(delay line), 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 지연신호를 출력하는 P-타입 지연 라인 및 제1 지연 신호 및 제2 지연 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정하는 제어부를 포함할 수 있다.

또 다른 일 측면에 따르면, 라이다 장치를 포함하는 전자 디바이스에 있어서, 라이다 장치는 광원을 포함하고 광원에서 생성된 광을 대상체를 향해 조사하는 광 송신부, 대상체로부터 반사된 광 신호를 검출하는 광 수신부 및 광 송신부 및 광 수신부를 제어함으로써, 대상체에 대한 정보를 획득하는 제어부를 포함하고, 광 수신부는 광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로, 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 펄스 신호를 출력하는 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(RVCO: Ring Voltage Controlled Oscillator), 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 펄스 신호를 출력하는 P-타입 링 전압 제어 발진 회로를 포함하고, 제어부는 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정할 수 있다.

또 다른 일 측면에 따르면, 라이다 장치의 동작 방법은 포토 다이오드에서 광 신호의 입력에 따라 전류를 발생시키는 단계, 전류를 전압으로 변환하는 단계, 변환된 전압이 입력된 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(RVCO: Ring Voltage Controlled Oscillator) 및 P-타입 링 전압 제어 발진 회로에서 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 출력하는 단계, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 기본적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 제어부의 예시적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2의 제어부에 의해 대상 영역이 구획된 예를 보인다.
도 4는 일 실시예에 따른 광 수신부의 복수의 픽셀 영역들을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 블록도이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 서로 다른 타입의 RVCO들의 출력을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 서로 다른 타입의 RVCO들의 출력의 차이를 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 회로도이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 N-타입 RVCO 및 P-타입 RVCO를 예시적으로 나타내는 회로도이고, 도 8b는 도 8a의 N-타입 RVCO에서 출력된 복수의 펄스들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 N-타입 RVCO 및 P-타입 RVCO의 입력과 출력의 대응 관계를 예시적으로 설명하기 위한 표이다.
도 10은 일 실시예에 따른 TDC를 포함하는 라이다 장치의 회로도이다.
도 11은 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치의 회로도이다.
도 12는 다른 일 실시예에 따른 복수의 지연 신호들을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 포함하는 전자 디바이스의 블록도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 임의로 선정된 용어도 있으며, 이 경우 해당 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

실시예들에 대한 설명들에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

실시예들에 대한 설명들에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.

본 실시예들에서 사용되는 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 실시예들은 라이다 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.

하기 실시예들에 대한 설명은 권리범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 해당 기술분야의 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 실시예들의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 이하 첨부된 도면들을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 기본적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 광 송신부(100), 광 수신부(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 라이다 장치(1000)에는 본 실시예들와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 라이다 장치(1000)에는 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.

광 송신부(100)는 대상체(object, OBJ)에 광을 조사할 수 있다. 광 송신부(100)는 적어도 하나의 광원(광원 1, 광원 2, ..., 광원 N)을 포함하는 광원부(110)와 빔 스티어링 소자(180)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 광원부(110)와 빔 스티어링 소자(180)의 배치 및 구동은 적어도 하나의 광원 각각에서의 광이 빔 스티어링 소자(180)를 경유하여 서로 다른 조사 각도로 대상체(OBJ)를 스캐닝하도록 정해질 수 있다. 다른 실시예에서, 광원부(110)와 빔 스티어링 소자(180)의 배치 및 구동은 적어도 하나의 광원 각각에서의 광이 빔 스티어링 소자(180)를 경유하여 서로 동일한 조사 각도로 대상체(OBJ)를 스캐닝하도록 정해질 수 있다.

광원부(110)의 광원들은 대상체(OBJ)의 위치, 형상 및 재질의 분석에 사용할 광을 조사할 수 있다. 광원부(110)는 소정 파장의 광을 생성 및 조사하며, 예를 들어, 대상체(OBJ)의 위치, 형상 및 재질 분석에 적합한 파장 대역의 광, 예를 들어, 적외선 대역 파장의 광을 방출할 수 있다. 적외선 대역의 광을 사용하면, 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 반드시 적외선 대역에 한정되는 것은 아니며 광원부(110)는 다양한 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.

광원부(110)는 LD(laser diode), 측면 발광 레이저(edge emitting laser), 수직 공진형 표면 발광 레이저(vertical-cavity surface emitting laser, VCSEL) 분포궤환형 레이저(distributed feedback laser), LED(light emitting diode) 및 SLD(super luminescent diode) 등의 광원을 포함할 수 있다. 광원부(110)는 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성 조사할 수도 있다. 광원부(110)는 펄스광 또는 연속광을 생성 조사할 수 있다.

광원은 제어부(300)의 제어하에, 대상체(OBJ)를 향해 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 각 광원으로부터 조사되는 광의 조사 방향 또는 조사 각도를 설정할 수 있고, 적어도 하나의 광원이 각 설정된 조사 각도 또는 방향에 따라 광을 조사하도록 광원부(110)를 제어할 수 있다.

빔 스티어링 소자(180)는 광원부(110)로부터 조사되는 광을 대상체(OBJ)를 향해 조준하며 조준방향이 시순차적으로 조절되어 광원부(110)로부터 나오는 점광(point light)이 대상체(OBJ) 전체를 스캔하도록 한다. 빔 스티어링 소자(180)로는 스캐닝 미러 또는 광학 위상 어레이(optical phased array)가 사용될 수 있다.

광 수신부(200)는 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 신호를 검출할 수 있다. 광 수신부(200)는 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 신호를 수신되는 영역 별로 검출할 수 있는 픽셀화된 복수의 픽셀 영역(222)들을 포함할 수 있다.

광 수신부(200)는 도시된 바와 같이, 복수의 픽셀 영역(222: PX1,PX2,...)들로 구획된 디텍터 어레이(220)를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀 영역(222)들 각각에는 포토 다이오드가 배치될 수 있다. 다시 말해, 포토 다이오드는 디텍터 어레이(220) 내에서의 위치에 따라 구분되는 각 픽셀 영역(222)을 이루며, 각 픽셀 영역(222)은 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 신호를 광원부(110)의 광원들 각각으로부터 조사되는 광에 따라 구분하여 검출할 수 있다. 광 수신부(200)는 대상체(OBJ)로부터의 광을 픽셀 영역(222)에 모으기 위한 광학 요소를 더 포함할 수 있다.

광 수신부(200)는 복수의 포토 다이오드들 각각에 의해 검출된 광 신호들의 비행 시간 또는 광 신호의 세기를 측정하기 위한 회로부(240)를 포함할 수 있다. 회로부(240)는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 및/또는 TDC(Time-to-Digital Converter)를 포함할 수 있다. 광 신호의 세기는 대상체의 재질에 대한 정보를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 비행 시간을 가진 광 신호라고 해도 대상체(OBJ)의 재질에 따라 광 신호의 세기가 다를 수 있다. 대상체(OBJ)가 금속이라면 더 높은 반사율을 가지고 있으므로 광 신호의 세기가 더 세고, 대상체(OBJ)의 표면이 거칠기가 높은 나무라면 상대적으로 더 낮은 반사율을 가지고 있으므로 광 신호의 세기가 더 약할 수 있다.

일반적으로 TDC를 활용하는 방식은 ADC를 활용하는 방식에 비해 간단한 회로 구조로 광 신호의 비행 시간을 정확하게 파악할 수 있으나, ADC를 활용하는 방식에 비해 광 신호들의 세기를 파악하기 어려울 수 있다. 일반적인 ADC를 활용하는 방식은 광 신호들의 비행 시간뿐만 아니라 광 신호의 세기를 알 수 있다. 하지만, ADC만을 활용하여 비행 시간을 획득하는 방식은 검출된 광 신호의 전체 파형을 획득하기 위해 수 GSPS(gigasample-per-second) 이상의 고주파수, 고비용, 고면적의 ADC를 활용해야 하므로 광 수신부(200)의 설계에 부담이 있을 수 있다.

회로부(240)는 광 신호의 비행 시간은 TDC를 이용하여 측정하고, 광 신호의 세기는 ADC를 이용하여 측정하도록 구성될 수 있다. 회로부(240)는 TDC와 ADC를 이용하여 획득되는 정보가 서로 구분되도록 구성됨으로써, 저주파수, 저비용, 저면적의 ADC를 활용한 광 수신부(200)가 구성될 수 있다. ADC는 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 P-타입 링 전압 제어 발진 회로를 포함할 수 있다. 저주파수는 수 Ghz의 고주파수 보다 상대적으로 낮은 주파수로 예를 들어, 10~80Mhz일 수 있다.

복수의 포토 다이오드들은 광을 센싱할 수 있는 센서로서, 예를 들어, 광 에너지에 의해 전기 신호를 발생시키는 수광 소자일 수 있다. 수광 소자의 종류는 특별히 한정되지 않는다.

실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 전술한 바와 같이 포인트 스캐닝(point scanning) 방식을 사용하며, 따라서, 포토 다이오드에 수신되는 광의 세기는 다른 방식, 예를 들어, 플래쉬(flash) 방식에 비해 낮을 수 있다. 포토 다이오드로는 센싱 감도가 높은 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD) 또는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)가 채용될 수 있다.

제어부(300)는 광 송신부(100) 및 광 수신부(200)를 제어함으로써, 대상체에 대한 정보를 획득할 수 있다. 제어부(300)는 광 수신부(200)에 의해 검출된 광을 이용하여 대상체(OBJ)에 대한 정보 획득을 위한 신호 처리를 수행할 수 있다. 제어부(300)는 예를 들어, 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 신호의 비행 시간에 기초하여 대상체(OBJ)의 각 위치까지의 거리를 결정하고, 대상체(OBJ)의 위치, 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 제어부(300)는 대상체(OBJ)로부터 반사된 광 신호의 세기에 기초하여 대상체(OBJ)의 재질을 결정하고, 대상체(OBJ)의 형상 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다.

제어부(300)에서 분석된 정보 즉, 대상체(OBJ)의 형상 및/또는 위치 및/또는 재질에 대한 정보는 다른 유닛으로 전송되어 활용될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치(1000)가 채용되는 무인 자동차, 드론 등과 같은 자율 구동 기기의 제어부에 이러한 정보가 전송될 수 있다. 이외에도, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치에서 이러한 정보가 활용될 수도 있다.

제어부(300)는 라이다 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 광원부(110)에 구비된 광원의 개수를 고려하여 대상체(OBJ)의 영역을 구획할 수 있고, 구획된 영역들 전체가 빔 스티어링 소자(180)에 의해 스캔되도록 빔 스티어링 소자(180)에 대한 제어 신호를 생성하고 이를 빔 스티어링 소자(180)에 인가할 수 있다.

제어부(300)는 광 송신부(100)의 광원부(110) 및 광 수신부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 광원부(110)에 대해 전원 공급 제어, 온/오프 제어, 펄스파(PW)나 연속파(CW) 발생 제어 등을 수행할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 광 수신부(200)의 복수의 포토 다이오드들 각각에 대한 제어 신호를 인가할 수 있다.

라이다 장치(1000)는 제어부(300)에서 수행되는 동작을 위한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장되는 메모리를 포함할 수 있다.

메모리는 라이다 장치(1000) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 예를 들어, 메모리는 라이다 장치(1000)에 의해 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 또한, 메모리는 라이다 장치(1000)에 의해 구동될 애플리케이션들, 드라이버들 등을 저장할 수 있다.

메모리는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), CD-ROM, 블루레이 또는 다른 광학 디스크 스토리지, HDD(hard disk drive), SSD(solid state drive), 또는 플래시 메모리를 포함하며, 나아가서, 라이다 장치(1000)에 액세스될 수 있는 외부의 다른 스토리지 디바이스를 포함할 수 있다.

도 2는 일부 실시예에 따른 라이다 장치에 구비되는 제어부의 예시적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2의 제어부에 의해 대상 영역이 구획된 예를 보인다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어부(300)는 대상 영역 구획부(330)와 분석부(350)를 포함할 수 있다. 대상 영역 구획부(339)와 분석부(350)의 실행을 위한 코드는 라이다 장치(1000)에 구비된 메모리에 저장될 수 있고 제어부(300)에 의해 이러한 코드가 실행될 수 있다.

대상 영역 구획부(330)는 대상체(OBJ)가 포함된 소정의 시야각(field of view, FOV) 범위를 라이다 장치(1000)에 구비된 복수의 광원들 개수와 동일한 개수로 분할할 수 있다. 도 3은 복수의 광원들 개수가 6개인 경우, 시야각 범위가 6개로 분할된 예를 보이고 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 분할 개수나 분할된 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.

대상 영역 구획부(330)는 분할된 영역이 광 송신부(100)에 의해 스캔되도록 스캐닝 제어 신호를 생성하고 이를 광 송신부(100)에 인가할 수 있다. 스캐닝 제어 신호는 예를 들어, 빔 스티어링 소자(180) 스캐닝 미러(SM)인 경우, 회전 방향 및 회전각을 제어하는 회전 구동 제어 신호일 수 있다.

스캐닝 제어 신호는 빔 스티어링 소자(180)가 광학 위상 어레이(OPA)인 경우, 각 채널에 인가할 위상 제어 신호일 수 있다. 위상 제어 신호는 각 채널을 구성하는 메타 소자에 인가할 전기 신호일 수 있고, 또는 각 채널에 구비된 위상 지연자에 대한 위상 지연 신호일 수 있다.

분석부(350)는 대상체에 조사된 광의 조사각도 및/또는 이를 고려하여 계산된 비행 시간(ToF) 및/또는 반사된 광 신호의 세기 등을 고려하여 대상체(OBJ)의 위치, 형상 및 재질을 분석할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 광 수신부의 복수의 픽셀 영역들을 나타내는 도면이다. 도 1에서는 광 수신부(200)가 1-D의 형태로 배열된 것으로 도시되었으나, 도 4를 참고하면, 복수의 픽셀 영역들은 시야각(FOV) 범위를 확장하기 위해 2-D의 어레이 형태로 배열될 수 있다.

일반적인 ADC의 구현 방식은 비행 시간을 획득하기위해 고주파수를 필요로 하고, 고주파수의 ADC는 고비용, 고면적이기 때문에 각 픽셀 영역마다 ADC를 구비하기에 제약이 있을 수 있다. 하지만, 본 개시에 따르면 비행 시간은 TDC를 이용하여 획득하고, 저주파수의 ADC를 활용하여 광 신호의 세기를 획득함으로써 저비용, 저면적의 ADC를 픽셀 영역마다 탑재할 수 있다. ADC가 픽셀 영역마다 탑재됨으로써, 픽셀 영역별로 입력되는 광 신호들 각각의 세기에 대한 정보를 정확하게 얻을 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 블록도이다. 도 5를 참조하면, 라이다 장치(1000)는 포토 다이오드(510), 전류-전압 변환 회로(520), ADC(530) 및 제어부(540)를 포함할 수 있다. 도 5의 포토 다이오드(510), ADC(530) 및 제어부(540)는 도 1 내지 도 4의 포토 다이오드, ADC 및 제어부(300)에 대응될 수 있다.

다만, 도 5에 도시된 라이다 장치(1000)에는 본 실시예들과 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 라이다 장치(1000)에는 도 5에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.

포토 다이오드(510)는 광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 포토 다이오드(510)는 큰 세기의 광 신호가 입력되는 경우 큰 세기의 광 신호에 대응되는 전류를 발생 시킬 수 있고, 작은 세기의 광 신호가 입력되는 경우 작은 세기의 광 신호에 대응되는 전류를 발생 시킬 수 있다.

전류-전압 변환 회로(520)는 포토 다이오드(510)에서 출력된 전류를 전압으로 변환할 수 있다. 포토 다이오드(510)는 광 신호를 전류로 변환하고 전류-전압 변환 회로(520)는 전류를 전압으로 변환하므로, 전류-전압 변환 회로(520)에서 출력된 전압은 광 신호의 세기에 대응하는 크기의 전압일 수 있다.

ADC(530)는 전류-전압 변환 회로(520)로부터 변환된 전압을 입력 받고, 변환된 전압에 대응하는 펄스 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, ADC(530)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)를 구비할 수 있다. N-타입 RVCO(531)는 전압 V1이 입력되면 제1 펄스 신호를 출력하고, P-타입 RVCO(533)는 전압 V1이 입력되면 제2 펄스 신호를 출력할 수 있다.

N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)는 동일한 전압이 입력되었을 경우 서로 다른 주파수로 발진할 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호는 서로 다른 주파수를 가질 수 있다.

제어부(540)는 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호 또는 디지털 레벨을 결정하여 광 신호의 세기를 추정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 디지털 신호를 D1 또는 D2 로 결정할 수 있다. 제어부(540)는 디지털 신호가 D1이면 광 신호의 세기가 L1이라고 추정하고, 디지털 신호가 D2이면 광 신호의 세기가 L1보다 큰 L2라고 추정할 수 있다.

라이다 장치(1000)는 도 1 및 도 4에서 전술한 복수의 픽셀 영역(도 1의 222)을 포함하는 광 수신부(예를 들어, 도 1의 200)를 포함할 수 있다. 광 수신부(200)는 각 픽셀 영역(도 1의 222)마다 포토 다이오드(510), 전류-전압 변환 회로(520), ADC(530)를 구비할 수 있다. 라이다 장치(1000)는 각 픽셀 영역(도 1의 222)마다 포토 다이오드(510) 및 각 포토 다이오드(510)에 대응하는 회로들을 구비함으로써, 각 포토 다이오드(510)에 입력되는 광 신호에 대한 정보를 각 픽셀 영역(도 1의 222)마다 독립적으로 획득할 수 있다.

복수의 포토 다이오드(510)에 하나의 ADC(530)가 연결되는 경우 대역폭(bandwidth) 저하로 광 신호 검출 감도가 저하될 수 있다. 픽셀 영역(도 1의 222)마다 포토 다이오드(510)를 구비하고, 포토 다이오드(510)마다 이에 대응하는 ADC(530)를 구비함으로써, 복수의 포토 다이오드(510)에 하나의 ADC(530)가 연결된 경우보다 높은 광 신호 검출 감도를 가질 수 있다.

제어부(540)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)의 서로 다른 발진 특성을 이용하여 디지털 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및/또는 제1 위상 정보 및 제2 펄스 신호의 펄스 개수 및/또는 제2 위상 정보를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다. 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호 각각은 고유의 주파수로 발진하는 신호일 수 있다. 고유의 주파수로 발진하는 신호는 미리 설정된 시간 동안 다른 펄스 개수를 가지거나, 시간에 따라 다른 위상 정보를 가질 수 있다. 제어부(540)는 각 RVCO의 서로 다른 발진 특성에 관한 값들을 조합하여 디지털 신호를 결정할 수 있다.

N-타입 RVCO(531)와 P-타입 RVCO(533)는 동일한 전압 범위 내에서 각 RVCO에 입력되는 전압이 변화하는 경우에 서로 상이한 주파수 범위 내의 주파수로 발진할 수 있다. 예를 들어, N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)는 동일한 전압 범위에 대해 서로 상보적인 주파수 변화량을 가질 수 있다.

도 6a는 일 실시예에 따른 서로 다른 타입의 RVCO들의 출력을 예시적으로 나타내는 그래프이다. 각 그래프의 y축은 주기(period)를 나타내나, 주기의 역수가 주파수인 것은 통상의 기술자에게 자명하므로, 이하에서는 주기의 변화량이 큰 것은 주파수의 변화량이 큰 것에 대응될 수 있음을 전제하여 설명한다.

도 6a를 참고하면, N-타입 RVCO(531)에 인가되는 전압과 N-타입 RVCO(531)의 출력 주파수의 관계에 대한 제1 그래프(610)는 P-타입 RVCO(533)에 인가되는 전압과 P-타입 RVCO(533)의 출력 주파수의 관계에 대한 제2 그래프(620)와 서로 상보적인 변화 특성을 갖는 것을 알 수 있다.

N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)는 동일한 전압 범위 내에서 전압이 변화하는 경우, 서로 상이한 주파수 범위 내의 주파수로 각각 발진할 수 있다. 예를 들어, 약 0.7V에서 약 1.6V의 제1 전압 범위(VR1) 내에서 변화하는 전압이 각 RVCO(531 및 533)에 입력되는 경우, N-타입 RVCO(531)의 출력 주파수는 펄스 주기가 약 18ns에서 45ns인 제1 주파수 범위(FR1)내에서 변화하고, P-타입 RVCO(533)의 출력 주파수는 펄스 주기가 약 14ns에서 약 18ns인 제2 주파수 범위(FR2)내에서 변화할 수 있다.

예를 들어, 약 1.6V에서 약 2.4V의 제2 전압 범위(VR2) 내에서 변화하는 전압이 각 RVCO(531 및 533)에 입력되는 경우, N-타입 RVCO(531)의 출력 주파수는 펄스 주기가 약 14ns에서 약 18ns인 제2 주파수 범위(FR2)내에서 변화하고, P-타입 RVCO(533)의 출력 주파수는 펄스 주기가 약 18ns에서 45ns인 제1 주파수 범위(FR1) 내에서 변화할 수 있다.

각 RVCO(531 및 533)는 전압 범위에 따라 주파수의 변화량 또는 변화율이 더 큰 영역이 존재할 수 있다. 주파수의 변화량 또는 변화율이 더 큰 영역은 미세한 차이의 전압이 입력된 경우에도 각 RVCO(531 및 533)가 큰 주파수 차이로 발진하므로, 제어부(540)는 미세한 차이의 전압을 더 명확하게 구분할 수 있다.

예를 들어, N-타입 RVCO(531)는 제1 전압 범위(VR1) 내의 전압이 입력되면 제1 주파수 범위(FR1) 내의 주파수로 발진하는 제1 펄스 신호를 출력하고, 제1 전압 범위(VR1)와 다른 제2 전압 범위(VR2) 내의 전압이 입력되면 제1 주파수 범위(FR1)보다 좁은 제2 주파수 범위(FR2) 내의 주파수로 발진하는 제1 펄스 신호를 출력할 수 있다.

P-타입 RVCO(533)는 N-타입 RVCO(531)와는 반대의 전압-주파수 대응 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, P-타입 RVCO(533)는 제1 전압 범위(VR1) 내의 전압이 입력되면 제1 주파수 범위(FR1) 보다 좁은 제2 주파수 범위(FR2) 내의 주파수로 발진하는 제2 펄스 신호를 출력하고, 제2 전압 범위(VR2) 내의 전압이 인가되면 제1 주파수 범위(FR1) 내의 주파수로 발진하는 제2 펄스 신호를 출력할 수 있다.

제어부(540)는 한 타입의 RVCO를 이용하여 입력되는 전압의 크기를 구분할 수 있다. 예를 들어, 약 0.7V의 전압이 N-타입 RVCO(531)에 입력된 경우 약 45ns 주기의 제1 펄스 신호가 출력될 수 있고, 약 1V의 전압이 N-타입 RVCO(531)에 입력된 경우 약 30ns 주기의 제1 펄스 신호가 출력될 수 있다. 제어부(540)는 0.7V의 전압과 1V의 전압을 45-30=15ns 만큼의 차이를 이용하여 구분할 수 있다.

반면, 약 2.2V의 전압이 N-타입 RVCO(531)에 입력된 경우 약 16ns주기의 제1 펄스 신호가 출력될 수 있고, 약 2.4V의 전압이 N-타입 RVCO(531)에 입력된 경우에도 약 16ns주기의 제1 펄스 신호가 출력될 수 있어서, 제어부(540)는 2.2V의 전압과 2.4V의 전압을 구분하기 어려울 수 있다. N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)는 서로 상보적인 주파수 변화 특성을 가지므로, 하나의 RVCO(예를 들어, N-타입 RVCO(531))가 구분하기 어려운 전압 범위는 다른 RVCO(예를 들어, P-타입 RVCO(533))가 구분하기 용이한 전압 범위일 수 있다.

제어부(540)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)의 펄스 신호를 모두 사용하여 넓은 전압 범위(예를 들어, 약 0.7V ~ 약 2.4V) 내의 전압을 구분할 수 있다.

도 6b는 일 실시예에 따른 서로 다른 타입의 RVCO들(531 및 533)의 출력의 차이를 예시적으로 나타내는 그래프이다. 도 6b를 참조하면, 서로 다른 타입의 RVCO들(531 및 533)의 출력들을 이용함으로써, 전압을 용이하게 구분할 수 있는 범위(VR)가 약 0.7V 내지 약 2.4V로 도 6a의 전압을 용이하게 구분할 수 있는 범위(제1 그래프(610)의 VR1 및 제2 그래프(620)의 VR2)보다 넓어진 것을 알 수 있다.

예를 들어, 제1 그래프(610)의 제1 전압 범위(VR1)에 대응되는 주파수 범위(FR1)는 주파수 변화량이 커서 전압의 구분이 용이할 수 있고, 제2 전압 범위(VR2)에 대응되는 주파수 범위(FR2)는 주파수 변화량이 작아서 전압의 구분이 어려울 수 있다. 도 6b의 그래프는 제1 전압 범위(VR1)보다 넓은 전압 범위(VR)에 대응되는 주파수 범위(FR)에서 주파수 변화량이 커서 전체 전압 범위(VR)에서 균일하게 전압을 구분할 수 있다. 다시 말해, 제어부(540)는 같은 전압이 입력되면 서로 상이한 주파수로 발진하는 펄스 신호들을 이용하여 넓은 전압 범위내의 전압들을 높은 분해능으로 구분할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 회로도이다. 도 7을 참고하면, 라이다 장치(1000)는 포토 다이오드(510), 전류-전압 변환 회로(520) 및 ADC(530)를 포함할 수 있다.

ADC(530)는 N-타입 RVCO(531)로부터 출력된 제1 펄스 신호의 펄스 개수를 계산하는 제1 카운터(731)를 더 포함할 수 있다. ADC(530)는 P-타입 RVCO(533)로부터 출력된 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 계산하는 제2 카운터(733)를 더 포함할 수 있다. 제1 카운터(731)는 N-타입 RVCO(531)가 동작하는 시간동안 제1 펄스 신호의 펄스 개수를 계산할 수 있다. 제2 카운터(733)는 P-타입 RVCO(533)가 동작하는 시간동안 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 계산할 수 있다.

제어부(도 5의 540)는 계산된 제1 펄스 신호의 펄스 개수와 계산된 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 획득할 수 있다. 제어부(540)는 획득된 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 펄스 신호의 펄스 개수의 차이를 계산하여 디지털 신호를 결정할 수 있다.

전압 V1이 각 RVCO(531 및 533)에 입력된 경우, 제1 펄스 신호의 펄스 개수는 10개이고, 제2 펄스 신호의 펄스 개수는 26개일 수 있다. 제어부(540)는 전압 V1이 각 RVCO(531 및 533)에 입력된 경우, 26-10=16의 차이를 계산하여 16을 나타내는 디지털 신호를 결정할 수 있다. 전압 V2가 각 RVCO(531 및 533)에 입력된 경우, 제1 펄스 신호의 펄스 개수는 11개이고, 제2 펄스 신호의 펄스 개수는 26개일 수 있다. 제어부(540)는 전압 V2가 각 RVCO(531 및 533)에 입력된 경우, 26-11=15의 차이를 계산하여 15를 나타내는 디지털 신호를 결정할 수 있다.

제어부(540)는 16을 나타내는 디지털 신호는 전압 V1에 대응하고, 15를 나타내는 디지털 신호는 전압 V2에 대응함을 기초로 광 신호의 세기를 추정할 수 있다. 전압과 디지털 신호의 대응 관계는 실험적, 수학적, 경험적으로 미리 계산되어 라이다 장치(1000)의 메모리에 저장되어 있을 수 있다. 제어부(540)는 메모리에 저장된 전압과 디지털 신호의 대응 관계를 참조하여, 광 신호의 세기를 추정할 수 있다.

제1 카운터(731) 및 제2 카운터(733)는 오버플로우(overflow)가 발생하는 경우, N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533) 중 하나의 동작을 종료하는 오버플로우 신호를 출력하여, N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533) 중 나머지 하나가 펄스 신호를 출력하도록 제어할 수 있다. 카운터(731 및 733)가 계산할 수 있는 펄스 개수를 초과하는 오버플로우가 발생하면, 카운터(731 및 733)가 계산한 펄스 개수는 실제 펄스 개수와 상이한 개수일 수 있다. 실제 펄스 개수와 상이한 개수를 기초로 디지털 신호를 결정한다면 정보의 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서, 제1 카운터(731)는 오버플로우가 발생하는 경우 N-타입 RVCO(531)의 동작을 중지시킬 수 있고, 제어부(540)는 P-타입 RVCO(533)의 펄스 개수를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

오버플로우(overflow)가 발생하는 상황은 동일한 시간동안 더 많은 펄스 개수가 계산되는 것이므로, 해당 RVCO가 상대적으로 높은 주파수로 발진함을 의미할 수 있다. 높은 주파수는 낮은 주기에 대응되고, 예를 들어, 도 6a의 제2 주파수 범위에 대응될 수 있다. 도 6a에서 전술했듯, 제2 주파수 범위(FR2)는 주파수 변화량이 작아서 전압의 구분이 어려울 수 있다. 제어부(540)는 주파수 변화량이 작아서 전압의 구분이 어려운 제2 주파수 범위(FR2)에 대응하는 펄스 신호는 디지털 신호의 결정에 사용하지 않고, 다른 펄스 신호만을 사용해서 전압을 구분할 수 있다.

예를 들어, 제1 카운터(731)는 오버플로우가 발생하는 경우, 전압의 구분이 어려운 제2 펄스 신호를 출력하는 N-타입 RVCO(531)가 동작을 종료하도록 제어함으로써, P-타입 RVCO(533)의 전압의 구분이 용이한 제2 펄스 신호를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

예를 들어, 제2 카운터(733)는 오버플로우가 발생하는 경우, 전압의 구분이 어려운 제2 펄스 신호를 출력하는 P-타입 RVCO(533)가 동작을 종료하도록 제어함으로써, N-타입 RVCO(533)의 전압의 구분이 용이한 제2 펄스 신호를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

이상에서는 오로지 예시를 위해 도 6a의 제2 주파수 범위(FR2)에 대응하는 펄스 신호의 경우, 카운터(731 및 733)에서 오버플로우가 발생할 수 있음을 예시적으로 설명했으나, 오버플로우가 발생할 수 있는 영역은 이에 제한되지 않는다. 제2 주파수 범위(FR2)중에서도 가장 변화량이 작은 일부 범위만이 오버플로우가 발생하거나, 카운터(731 및 733)가 오버플로우가 발생하지 않도록 충분한 비트 수를 가질 수도 있다.

ADC(530)는 스타트-스톱 컨트롤러(740)를 포함할 수 있다. 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)와 연결될 수 있다. 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)의 발진 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)가 발진을 시작하는 시점부터 종료하는 시점까지의 시간 간격을 조절할 수 있다. 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 발진을 시작하는 시점부터 종료하는 시점까지의 시간 간격을 조절함으로써, 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호의 주파수에 대한 분해능을 조절할 수 있다.

펄스 신호가 T 시간 동안 출력되는 상황에서 제1 펄스 신호의 주파수가 1Hz인 경우와 1.0001Hz인 경우를 전제하여 설명한다. 예를 들어, 제1 펄스 신호의 주파수가 1Hz인 경우 T=10s 동안의 펄스 개수를 측정했을 때, 두 주파수 모두 10개의 펄스 개수만 측정되어 1Hz와 1.0001Hz의 구분이 어려울 수 있다. 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 RVCO들(531 및 533)이 발진을 시작하는 시점부터 종료하는 시점까지의 시간 간격을 T=10s에서 T=10001s로 조절할 수 있다.

T=10000s인 경우, 1Hz의 펄스 개수는 10000개이고, 1.0001Hz의 펄스 개수는 10001개가 되므로, 제어부(540)는 1Hz의 펄스 신호와 1.0001Hz의 주파수를 더 높은 분해능으로 구분할 수 있다. 한편, 이상에서 설명한 시간 간격, 펄스 신호의 주파수, 펄스 개수의 수치는 오로지 설명의 편의를 위해 선정되었을 뿐이므로 전술한 수치에 제한되지 않는다.

ADC(530)는 타이머(750)를 포함할 수 있다. 발진을 시작하는 시점부터 종료하는 시점까지의 시간 간격은 타이머(750)를 이용하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 시작 신호를 송신하고, 타이머(750)는 미리 설정된 시간이 도과한 후 스타트-스톱 컨트롤러(740)에 미리 설정된 시간이 도과했다는 신호를 송신하고, 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)의 발진 동작을 중지시킬 수 있다.

ADC(530)는 피크 디텍터(760)를 포함할 수 있다. 피크 디텍터(760)는 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)와 연결될 수 있다. 피크 디텍터(760)는 피크 디텍터(760)에 입력된 전압의 피크 전압을 검출할 수 있다. 예를 들어, 피크 디텍터(760)는 전류-전압 변환 회로(520)로부터 전압을 수신하고, 수신된 전압의 피크 전압을 검출하고, 검출된 피크 전압을 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)에 제공할 수 있다. N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)는 피크 전압의 크기에 따라 서로 다른 주파수로 발진할 수 있다.

전류-전압 변환 회로(520)로부터 출력된 전압은 시간에 따라 크기가 변화할 수 있고, 피크 디텍터(760)는 변화하는 전압의 파형 중 피크 전압을 검출하여 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 피크 디텍터(760)는 검출된 피크 전압의 크기를 홀드(hold)하여 홀드된 크기의 전압을 N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533)에 제공할 수 있다.

피크 디텍터(760)는 임계 전압(Vth)을 넘는 전압을 피크 전압으로 검출하여 각 RVCO(531 및 533)에 제공할 수 있고, 스타트-스톱 컨트롤러(740)는 임계 전압(Vth)을 넘는 전압이 인가된 경우 각 RVCO(531 및 533)이 발진 동작을 시작하도록 제어할 수 있다.

N-타입 RVCO(531)은 서로 위상이 상이한 복수의 제1 펄스들을 포함하는 제1 펄스 신호를 출력할 수 있다. P-타입 RVCO(533)은 서로 위상이 상이한 복수의 제1 펄스들을 포함하는 제1 펄스 신호를 출력할 수 있다. 제어부(540)는 출력된 복수의 제1 펄스들의 위상 정보 및 출력된 복수의 제2 펄스들의 위상 정보를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

도 8a는 일 실시예에 따른 N-타입 RVCO 및 P-타입 RVCO를 예시적으로 나타내는 회로도이고, 도 8b는 일 실시예에 따른 도 8a의 RVCO에서 출력된 복수의 펄스들을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 및 도 8a를 참고하면, N-타입 RVCO(531)는 복수의 NMOS들(811) 및 복수의 인버터들(821)을 포함할 수 있고, P-타입 RVCO(533)는 복수의 PMOS들(813) 및 복수의 인버터들(823)을 포함할 수 있다.

RVCO(531 및 533)의 복수의 인버터들(821 및 823)의 각 단에서는 서로 위상이 상이한 복수의 펄스들이 출력될 수 있다. 복수의 인버터(821 및 823)들을 순환하면서 각 인버터(821 및 823)로부터 출력되는 신호들은 위상이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, P1은 첫번째 인버터에서 출력된 신호이고 P8은 마지막 인버터에서 출력된 신호일 수 있다. P1 내지 P8은 인버터의 위치, 지연(delay)되는 정도 등이 상이하므로 서로 다른 위상 정보를 가질 수 있다.

제어부(540)는 펄스들의 서로 다른 위상 정보를 이용하여 디지털 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 N-타입 RVCO(531)로부터 소정의 시점(t0)을 기준으로 복수의 제1 펄스들이 갖는 펄스값들의 패턴을 획득하고, P-타입 RVCO(533)로부터 소정의 시점을 기준으로 복수의 제2 펄스들이 갖는 펄스값들의 패턴을 획득함으로써 복수의 제1 펄스들 및 복수의 제2 펄스들의 위상 정보를 획득할 수 있다.

예를 들어, P8은 시점 t0를 기준으로 펄스값이 1이고, P7은 시점 t0를 기준으로 펄스값이 1이고, P6은 시점 t0를 기준으로 펄스값이 1이고, P5는 시점 t0를 기준으로 펄스값이 1이고, P4는 시점 t0를 기준으로 펄스값이 0이고, P3은 시점 t0를 기준으로 펄스값이 0이고, P2는 시점 t0를 기준으로 펄스값이 0이고, P1은 시점 t0를 기준으로 펄스값이 0일 수 있다. 복수의 펄스들이 갖는 펄스값들의 패턴은 P8부터 P1까지 11110000으로 배열될 수 있다.

8개의 펄스값들의 패턴들은 P8부터 P1까지 순서대로 00000001, 00000011, 00000111, 00001111, 00011111, 00111111, 01111111, 11111111, 11111110, 11111100, 11111000, 11110000, 11100000, 11000000, 10000000 및 00000000일 수 있다. 제어부(540)는 11110000의 펄스값들의 패턴을 획득함으로써, 16가지의 펄스값들의 패턴들 중 11110000에 대응하는 위상 정보를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

Pout은 카운터(도 7의 731 및 733)가 펄스 개수를 계산하도록 RVCO(531 및 533)가 송신하는 신호일 수 있다. 예를 들어, Pout의 펄스 개수는 시간 T 동안 10개로 계산될 수 있다.

도 9는 N-타입 RVCO 및 P-타입 RVCO의 입력과 출력의 대응 관계를 예시적으로 설명하기 위한 표이다.

도 9를 참고하면, 좌측 표(910)는 N-타입 RVCO(531)에 입력된 전압, 제1 펄스 신호의 주파수, 제1 펄스 신호의 주파수에 대응되는 디지털 신호의 관계를 나타낸다. 우측 표(920)는 P-타입 RVCO(533)에 입력된 전압, 제2 펄스 신호의 주파수, 제2 펄스 신호의 주파수에 대응되는 디지털 신호의 관계를 나타낸다.

좌측 표(910)를 참고하면, 0.7V 가 N-타입 RVCO(531)에 입력되면, N-타입 RVCO(531)는 25.18MHz로 발진하고, 25.18MHz의 주파수는 10.250의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 10.250에서, 10은 계산된 펄스의 개수에 대응하고, 0.250은 위상 정보에 대응할 수 있다.

마찬가지로, 0.701V 가 N-타입 RVCO(531)에 입력되면, N-타입 RVCO(531)는 24.04MHz로 발진하고, 24.04MHz의 주파수는 11.3125의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.702V 가 N-타입 RVCO(531)에 입력되면, N-타입 RVCO(531)는 22.91MHz로 발진하고, 22.91MHz의 주파수는 11.375의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.703V 가 N-타입 RVCO(531)에 입력되면, N-타입 RVCO(531)는 21.79MHz로 발진하고, 21.79MHz의 주파수는 12.4375의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.704V 가 N-타입 RVCO(531)에 입력되면, N-타입 RVCO(531)는 20.69MHz로 발진하고, 20.69MHz의 주파수는 12.5의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.705V가 N-타입 RVCO(531)에 입력되면, N-타입 RVCO(531)는 19.60MHz로 발진하고, 19.60MHz의 주파수는 13.5의 디지털 신호로 결정될 수 있다.

N-타입 RVCO(531)에 입력되는 전압을 0.7V~0.705V로 변화시키는 경우, 500ns동안 펄스 개수는 10~13개로 변화함을 알 수 있다. 0.701V와 0.702V는 펄스 개수는 동일하게 11개 이지만, 위상 정보가 0.3125와 0.375로 차이가 있어 서로 구분될 수 있다.

우측 표(910)를 참고하면, 0.7V 가 P-타입 RVCO(533)에 입력되면, P-타입 RVCO(533)는 51.94MHz로 발진하고, 51.94MHz의 주파수는 26.1875의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 26.1875에서, 26은 계산된 펄스의 개수에 대응하고, 0.1875는 위상 정보에 대응할 수 있다.

0.701V 가 P-타입 RVCO(533)에 입력되면, P-타입 RVCO(533)는 51.89MHz로 발진하고, 51.89MHz의 주파수는 26.125의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.702V 가 P-타입 RVCO(533)에 입력되면, P-타입 RVCO(533)는 51.85MHz로 발진하고, 51.85MHz의 주파수는 26.125의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.703V 가 P-타입 RVCO(533)에 입력되면, P-타입 RVCO(533)는 51.80MHz로 발진하고, 51.80MHz의 주파수는 26.125의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.704V 가 P-타입 RVCO(533)에 입력되면, P-타입 RVCO(533)는 51.76MHz로 발진하고, 51.76MHz의 주파수는 26.0625의 디지털 신호로 결정될 수 있다. 0.705V가 P-타입 RVCO(533)에 입력되면, P-타입 RVCO(533)는 51.71MHz로 발진하고, 51.71MHz의 주파수는 제어부(540)에 의해 26.0625의 디지털 신호로 결정될 수 있다.

P-타입 RVCO(533)에 입력되는 전압을 0.7V~0.705V로 변화시키는 경우, 500ns동안 펄스 개수는 26개임을 알 수 있다. 0.701V와 0.702V는 펄스 개수도 동일하게 26개 이고, 위상 정보도 0.125여서 P-타입 RVCO(533)만으로는 0.701V와 0.702V를 구분하기 어려울 수 있다.

동일 전압 0.701V에서의 P-타입 RVCO(533)의 펄스 개수 및 위상 정보를 나타내는 26.125와 N-타입 RVCO(531)의 펄스 개수 및 위상 정보인 11.3125의 차이를 구하면 14.8125를 얻을 수 있다. 동일 전압 0.702V에서의 P-타입 RVCO(533)의 펄스 개수 및 위상 정보를 나타내는 26.125와 N-타입 RVCO(531)의 펄스 개수 및 위상 정보인 11.375의 차이를 구하면 14.75를 얻을 수 있다. 제어부(540)는 결정된 디지털 신호인 14.8125를 이용하여 0.701V의 전압이 인가되었음을 추정할 수 있고, 14.75를 이용하여 0.702V의 전압이 인가되었음을 추정할 수 있다. 한편, 이상에서 설명한 전압, 주파수, 디지털 신호의 값은 오로지 설명의 편의를 위해 예시적으로 선정된 것으로 전술한 수치에 제한되지 않는다.

도 10은 일 실시예에 따른, TDC를 포함하는 라이다 장치의 회로도이다. 도 10을 참고하면, 라이다 장치(1000)는 ADC(1010) 및 TDC(1020)를 포함할 수 있다. 도 10의 ADC(1010)는 도 5 및 도7의 ADC(530)에 대응될 수 있다.

TDC(1020)는 변환된 전압을 입력받아 광 신호의 비행 시간을 측정할 수 있다. 예를 들어, TDC(1020)는 광원(도 1의 110)이 광을 조사한 시점부터 변환된 전압이 소정 임계값(예를 들어, Vth)보다 커지는 시점까지의 시간을 측정할 수 있다. 제어부(540)는 측정된 비행 시간을 기초로 대상체(도 1의 OBJ)의 형상, 위치 등을 분석할 수 있다.

ADC(1010)는 TDC에 소정 임계값(예를 들어, Vth)보다 큰 변환된 전압이 입력되는 시점부터 발진 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전압이 Vth보다 큰 전압이 입력되는 경우, N-타입 RVCO(도 5의 531) 및 P-타입 RVCO(도 5의 533)이 각각 다른 주파수로 발진할 수 있다.

도 11은 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치의 회로도이다. 도 11의 라이다 장치는 도 7의 라이다 장치와 비교했을 때, N-타입 RVCO(531) 및 P-타입 RVCO(533) 대신 N-타입 지연 라인(1110) 및 P-타입 지연 라인(1120)을 포함한다는 점에 있어 차이가 있다.

도 11을 참고하면, 라이다 장치(1000)는 N-타입 지연 라인(1110) 및 P-타입 지연 라인(1120)을 포함할 수 있다. N-타입 지연 라인(1110)은 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 지연 신호를 출력할 수 있다. P-타입 지연 라인(1120)은 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 지연 신호를 출력할 수 있다. 제어부(540)는 제1 지연 신호 및 제2 지연 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정할 수 있다. 지연 라인(1110 및 1120)은 복수의 인버터들로 구성될 수 있다.

RVCO(예를 들어, 도 5의 531 및 533)는 입력되는 전압에 따라 일정 주파수로 발진함에 반해, 지연 라인(1110 및 1120)은 입력되는 전압에 따라 다른 지연 정도를 가진 지연 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, N-타입 지연 라인(1110)은 서로 위상이 상이한 복수의 제1 지연 신호들을 출력하고, P-타입 지연 라인(1120)은 서로 위상이 상이한 복수의 제2 지연 신호들을 출력하고, 제어부(540)는 출력된 복수의 제1 지연 신호들의 위상 정보 및 출력된 복수의 제2 지연 신호들의 위상 정보를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

도 12는 다른 일 실시예에 따른 복수의 지연 신호들을 설명하기 위한 도면이다. 도 12를 참고하면, 지연 라인(1110 및 1120)의 복수의 인버터들의 각 단에서는 서로 위상이 상이한 복수의 지연 신호들이 출력될 수 있다. 복수의 인버터들을 순서대로 거치면서 각 인버터로부터 출력되는 신호들은 위상이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, P1은 첫번째 인버터에서 출력된 신호이고 P8은 마지막 인버터에서 출력된 신호일 수 있다. P1 내지 P8은 인버터의 위치, 지연(delay)되는 정도 등이 상이하므로 서로 다른 위상 정보를 가질 수 있다.

제어부(540)는 지연 신호들의 서로 다른 위상 정보를 획득하여 디지털 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 N-타입 지연 라인(1110)으로부터 소정의 시점을 기준으로 복수의 제1 지연 신호들이 갖는 펄스값들의 패턴을 획득하고, P-타입 지연 라인(1120)으로부터 소정의 시점을 기준으로 복수의 제2 지연 신호들이 갖는 펄스값들의 패턴을 획득함으로써 복수의 제1 지연 신호들 및 복수의 제2 지연 신호들의 위상 정보를 획득할 수 있다.

예를 들어, P8은 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 0이고, P7은 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 1이고, P6은 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 1이고, P5는 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 1이고, P4는 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 0이고, P3은 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 0이고, P2는 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 0이고, P1은 시간 T의 마지막 시점을 기준으로 펄스값이 0일 수 있다. 복수의 지연 신호들이 갖는 펄스값들의 패턴은 P8부터 P1까지 00001111로 배열될 수 있다. 제어부(540)는 00001111의 펄스값들의 패턴을 획득함으로써, 00001111에 대응하는 위상 정보를 기초로 디지털 신호를 결정할 수 있다.

도 13은 일 실시예에 따른, 라이다 장치를 포함하는 전자 디바이스의 블록도이다. 도 13을 참고하면, 전자 디바이스(2000)는 라이다 장치(1000)를 포함할 수 있다.

전자 디바이스(2000)는 대상체(도 1의 OBJ)의 형상, 위치 등에 대한 정보를 활용하는 디바이스일 수 있다. 예를 들어. 전자 디바이스(2000)는 무인 자동차, 드론, 스마트폰, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있다.

라이다 장치(1000)는 광 송신부(1310), 광 수신부(1320) 및 제어부(1330)를 포함할 수 있다. 도 13의 광 송신부(1310)는 도 1의 광 송신부(100)에 대응될 수 있다. 도 13의 광 수신부(1320)는 도 1의 광 수신부(200)에 대응될 수 있고, 도 5의 포토 다이오드(510), 전류-전압 변환 회로(520) 및 ADC(530)를 포함할 수 있다. 도 13의 제어부(1330)는 도 1의 제어부(300) 및 도 5의 제어부(540)에 대응될 수 있다.

도 14는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 14를 참고하면, 라이다 장치의 동작 방법은, 앞서 설명된 라이다 장치(예를 들어, 도 5의 1000, 도 7의 1000 및 도 10의 1000)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 앞서 설명된 도면들의 라이다 장치(예를 들어, 도 5의 1000, 도 7의 1000, 도 10의 1000)에 관하여 기술된 내용들은 도 14의 방법에도 적용될 수 있다.

단계 1410에서, 포토 다이오드(도 5의 510)는 광 신호의 입력에 따라 전류를 발생시킬 수 있다.

단계 1420에서, 전류-전압 변환 회로(520)는 전류를 전압으로 변환할 수 있다.

단계 1430에서, 변환된 전압이 입력된 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(531) 및 P-타입 링 전압 제어 발진 회로(533)에서 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 출력할 수 있다.

단계 1440에서, 제어부(540)는 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 기초로 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 광 신호의 세기를 추정할 수 있다.

한편, 상술한 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 실시예들에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 실시예가 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 실시예에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 장치에 있어서,
광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드;
상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로;
상기 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 펄스 신호를 출력하는 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(RVCO: Ring Voltage Controlled Oscillator);
상기 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 펄스 신호를 출력하는 P-타입 링 전압 제어 발진 회로; 및
상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호를 기초로 상기 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 상기 광 신호의 세기를 추정하는 제어부를 포함하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로는
동일한 전압 범위 내에서 상기 변환된 전압이 변화하는 경우, 서로 상이한 주파수 범위 내의 주파수로 각각 발진하는, 라이다 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로는
제1 전압 범위 내의 전압이 입력되면 제1 주파수 범위 내의 주파수로 발진하는 제1 펄스 신호를 출력하고, 상기 제1 전압 범위와 다른 제2 전압 범위 내의 전압이 입력되면 상기 제1 주파수 범위보다 좁은 제2 주파수 범위 내의 주파수로 발진하는 제1 펄스 신호를 출력하고,
상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로는
상기 제1 전압 범위 내의 전압이 입력되면 상기 제2 주파수 범위 내의 주파수로 발진하는 제2 펄스 신호를 출력하고, 상기 제2 전압 범위 내의 전압이 입력되면 상기 제1 주파수 범위 내의 주파수로 발진하는 제2 펄스 신호를 출력하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제1 위상 정보 중 적어도 하나 및 상기 제2 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 위상 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 라이다 장치는
상기 제1 펄스 신호의 펄스 개수를 계산하는 제1 카운터,
상기 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 계산하는 제2 카운터를 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 계산된 제1 펄스 신호의 펄스 개수와 상기 계산된 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 획득하고, 상기 획득된 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 획득된 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 펄스 신호의 펄스 개수의 차이를 계산하여 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 카운터 및 상기 제2 카운터는
오버플로우(overflow)가 발생하는 경우, 상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로 중 하나의 동작을 종료하는 신호를 출력하여, 상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로 중 나머지 하나가 펄스 신호를 출력하도록 제어하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로는 서로 위상이 상이한 복수의 제1 펄스들을 포함하는 상기 제1 펄스 신호를 출력하고,
상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로는 서로 위상이 상이한 복수의 제2 펄스들을 포함하는 상기 제2 펄스 신호를 출력하고,
상기 제어부는
상기 출력된 복수의 제1 펄스들의 위상 정보 및 상기 출력된 복수의 제2 펄스들의 위상 정보를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로로부터 소정의 시점을 기준으로 상기 복수의 제1 펄스들이 갖는 펄스값들의 패턴을 획득하고,
상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로로부터 소정의 시점을 기준으로 상기 복수의 제2 펄스들이 갖는 펄스값들의 패턴을 획득하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 라이다 장치는
상기 광 신호를 검출하는 복수의 픽셀 영역을 포함하는 광 수신부를 포함하고,
상기 광 수신부는 각 픽셀 영역마다 상기 포토 다이오드, 상기 전류-전압 변환 회로, 상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로를 구비하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 라이다 장치는
상기 변환된 전압을 입력받아 상기 광 신호의 비행 시간을 측정하는 TDC(Time Digital Converter)를 더 포함하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 라이다 장치는
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로와 연결되는 스타트-스톱 컨트롤러를 더 포함하고,
상기 스타트-스톱 컨트롤러는
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로가 발진을 시작하는 시점부터 종료하는 시점까지의 시간 간격을 조절함으로써, 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호의 주파수에 대한 분해능을 조절하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 라이다 장치는
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로와 연결되고, 상기 변환된 전압의 피크 전압을 검출하는 피크 디텍터를 더 포함하고,
상기 피크 디텍터는 상기 검출된 피크 전압을 상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로 및 상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로에 제공하는, 라이다 장치.
라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 장치를 포함하는 전자 디바이스에 있어서,
상기 라이다 장치는
광원을 포함하고, 상기 광원에서 생성된 광을 대상체를 향해 조사하는 광 송신부
상기 대상체로부터 반사된 광 신호를 검출하는 광 수신부 및
상기 광 송신부 및 상기 광 수신부를 제어함으로써, 상기 대상체에 대한 정보를 획득하는 제어부를 포함하고,
상기 광 수신부는
상기 광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드, 상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로, 상기 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 펄스 신호를 출력하는 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(RVCO: Ring Voltage Controlled Oscillator), 상기 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 펄스 신호를 출력하는 P-타입 링 전압 제어 발진 회로를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호를 기초로 상기 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 상기 광 신호의 세기를 추정하는, 전자 디바이스.
제 14 항에 있어서,
상기 라이다 장치는
상기 제1 펄스 신호의 펄스 개수를 계산하는 제1 카운터,
상기 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 계산하는 제2 카운터를 더 포함하고,
상기 제어부는
상기 계산된 제1 펄스 신호의 펄스 개수와 상기 계산된 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 획득하고, 상기 획득된 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 펄스 신호의 펄스 개수를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 N-타입 링 전압 제어 발진 회로는 서로 위상이 상이한 복수의 제1 펄스들을 포함하는 상기 제1 펄스 신호를 출력하고,
상기 P-타입 링 전압 제어 발진 회로는 서로 위상이 상이한 복수의 제2 펄스들을 포함하는 상기 제2 펄스 신호를 출력하고,
상기 제어부는
상기 출력된 복수의 제1 펄스들의 위상 정보 및 상기 출력된 복수의 제2 펄스들의 위상 정보를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 장치에 있어서,
광 신호가 입력됨에 따라 전류를 발생시키는 포토 다이오드;
상기 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로;
상기 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제1 지연 신호를 출력하는 N-타입 지연 라인(delay line);
상기 변환된 전압이 입력됨에 따라, 제2 지연 신호를 출력하는 P-타입 지연 라인; 및
상기 제1 지연 신호 및 상기 제2 지연 신호를 기초로 상기 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 상기 광 신호의 세기를 추정하는 제어부를 포함하는, 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 N-타입 지연 라인은 서로 위상이 상이한 복수의 제1 지연 신호들을 출력하고,
상기 P-타입 지연 라인은 서로 위상이 상이한 복수의 제2 지연 신호들을 출력하고,
상기 제어부는
상기 출력된 복수의 제1 지연 신호들의 위상 정보 및 상기 출력된 복수의 제2 지연 신호들의 위상 정보를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는, 라이다 장치.
라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 장치의 동작 방법에 있어서,
포토 다이오드에서 광 신호의 입력에 따라 전류를 발생시키는 단계;
상기 전류를 전압으로 변환하는 단계;
상기 변환된 전압이 입력된 N-타입 링 전압 제어 발진 회로(RVCO: Ring Voltage Controlled Oscillator) 및 P-타입 링 전압 제어 발진 회로에서 제1 펄스 신호 및 제2 펄스 신호를 출력하는 단계;
상기 제1 펄스 신호 및 상기 제2 펄스 신호를 기초로 상기 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 상기 광 신호의 세기를 추정하는 단계를 포함하는, 라이다 장치의 동작 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 변환된 전압에 대응하는 디지털 신호를 결정하여 상기 광 신호의 세기를 추정하는 단계는
상기 제1 펄스 신호의 펄스 개수 및 제1 위상 정보 중 적어도 하나 및 상기 제2 펄스 신호의 펄스 개수 및 제2 위상 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 디지털 신호를 결정하는 단계를 포함하는, 라이다 장치의 동작 방법.