KR20240051704A - Optical transceiver and method for removing after pulse for the same - Google Patents

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KR20240051704A
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박철우
이학순
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Abstract

광송수신기 및 광송수신기의 애프터 펄스 제거 방법이 제공된다. 광송수신기는 기설정된 주기로 광 펄스를 송신하는 광송신부와, 다수의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 구비하는 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)을 이용하며 상기 광 펄스에 대응하는 반사광을 수신하여 광수신 신호를 출력하는 광수신부와, 상기 광수신부로부터 입력되는 상기 광수신 신호에 대한 신호처리를 수행하는 신호처리부를 포함한다. 상기 신호처리부는, 주어진 광 펄스에 대응하는 광수신 신호로부터 제1 유효 피크를 선택하고, 상기 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하도록 구성된다.An optical transceiver and a method for removing an after-pulse of the optical transceiver are provided. The optical transceiver uses an optical transmitter that transmits optical pulses at a preset period and a solid state photon multiplexer (SSPM) equipped with a plurality of SPADs (Single Photon Avalanche Diodes), and receives reflected light corresponding to the optical pulses to produce an optical reception signal. It includes a light receiving unit that outputs and a signal processing unit that performs signal processing on the light receiving signal input from the light receiving unit. The signal processing unit selects a first effective peak from the optical reception signal corresponding to a given optical pulse, and selects the first effective peak based on a peak level ratio relative to the first effective peak and a time interval from the first effective peak. It is configured to remove the after-pulse peak from among the peaks following the peak.

Description

광송수신기 및 광송수신기의 애프터 펄스 제거 방법 {OPTICAL TRANSCEIVER AND METHOD FOR REMOVING AFTER PULSE FOR THE SAME}Optical transceiver and after-pulse removal method of optical transceiver {OPTICAL TRANSCEIVER AND METHOD FOR REMOVING AFTER PULSE FOR THE SAME}

본 발명은 광수신 신호에 포함된 애프터 펄스로 인한 피크를 제거하는 방법 및 이를 이용한 광송수신기에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing peaks caused by after-pulses included in an optical reception signal and an optical transceiver using the same.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information about the present invention and does not constitute prior art.

라이다(LiDAR) 장치에서 반사광을 감지하는데 사용되는 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)에서, 아발란치 현상의 발생 과정 중에 생성된 전하 캐리어들(Charge Carriers) 중의 일부는 즉시 소멸되지 않는다. 완전히 소멸되지 않은 전하 캐리어들은 아발란치 포토 다이오드 내부에 남아 있게 되어, 다음 게이트 신호(GS)가 그 아발란치 포토 다이오드에 인가될 때 아발란치를 발생시킨다. 이러한 현상을 애프터 펄스 노이즈(after pulse noise) 효과라고 한다.In SPAD (Single Photon Avalanche Diode), which is used to detect reflected light in LiDAR devices, some of the charge carriers generated during the avalanche phenomenon do not disappear immediately. Charge carriers that are not completely annihilated remain inside the avalanche photodiode, generating an avalanche when the next gate signal GS is applied to the avalanche photodiode. This phenomenon is called the after pulse noise effect.

도 7은 애프터 펄스의 이론적인 파형을 보여준다. 애프터 펄스는 특히 1550 nm 파장을 이용하는 화합물 반도체에서 공정특성상 발생하는 경우가 많다. 애프터 펄스는 실제 입력 광신호에 의한 펄스와 혼동을 줄 수 있으므로 애프터 펄스 현상을 감소시키거나 신호처리 과정에서 제거할 필요가 있다.Figure 7 shows the theoretical waveform of the after pulse. After-pulses often occur due to the process characteristics, especially in compound semiconductors using a 1550 nm wavelength. Since the after-pulse can be confused with the pulse caused by the actual input optical signal, it is necessary to reduce the after-pulse phenomenon or remove it from the signal processing process.

도 8의 (a)에 도시한 것과 같은 단일 셀(Cell) 만을 사용하는 SPAD의 경우에는 첫 광신호를 수신한 직후에 ?칭(quenching)이 일어나며 일정 기간 동안 광신호를 수신하지 못하는 데드타임(deadtime) 기간에 진입하여 이 기간 동안은 수신기로 동작할 수 없다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)이 사용된다. SSPM은 예를 들면 수백개 정도의 SPAD 소자를 마이크로셀(microcell) 형태로 생성하여 도 8의 (b)와 같이 ?칭(quenching) 저항과 함께 병렬로 연결한 것이다.In the case of a SPAD that uses only a single cell as shown in (a) of Figure 8, quenching occurs immediately after receiving the first optical signal, and a dead time (dead time) occurs during which the optical signal cannot be received for a certain period of time. It enters a deadtime period and cannot operate as a receiver during this period. To overcome these shortcomings, SSPM (Solid State Photon Multiplexer) is used. SSPM, for example, creates hundreds of SPAD elements in the form of microcells and connects them in parallel with a quenching resistor, as shown in (b) of FIG. 8.

라이다(LiDAR) 혹은 라이다를 응용한 가스 센서 등에서는 발신된 광신호가 언제 수신될 지 모르는 비동기식(asynchronous) 시스템이며, 이러한 시스템에서 SSPM이 사용되는 경우에 장점은 크게 2가지이다. 첫 번째로 광신호의 입력 시, 모든 마이크로셀이 광신호를 수신하지 않아서 모든 마이크로셀에서 ?칭 되지는 않는다는 사실을 이용하여 데드타임을 제거하기 위한 것이다. 두 번째는 SSPM을 사용하면 입력되는 광신호에 대한 크기(intensity)를 측정할 수 있기 때문이다.LiDAR or gas sensors using LiDAR are asynchronous systems that do not know when the transmitted optical signal will be received, and there are two main advantages when SSPM is used in such systems. First, when an optical signal is input, it is intended to eliminate dead time by using the fact that not all microcells receive the optical signal and therefore are not quenched in all microcells. Second, using SSPM, the intensity of the input optical signal can be measured.

첫 번째 장점인 데드타임 제거에 유리한 점을 살펴보면, 실제 반도체로 만들어진 모양과, 이 반도체에 실제로 광신호가 수신되는 모양에 대한 실제 예로 데드타임이 제어될 수 있음을 알 수 있다.Looking at the first advantage, which is advantageous in eliminating dead time, we can see that dead time can be controlled by using an actual example of a shape made of an actual semiconductor and a shape in which optical signals are actually received by this semiconductor.

도 9의 (a)는 다수의 SPAD가 배열된 SSPM의 레이아웃이다. 도 9의 (b)에서 원으로 표시된 영역이 거리에 따른 광신호가 도착하는 영역이다. 도면에서 알 수 있듯이, 실제로 광이 도달하는 영역의 SPAD 마이크로셀들의 개수가 한정되어 있다. 이로 인해, 광신호가 도달한 해당 셀들에 포함된 SPAD만 ?칭되어 데드타임 상황으로 들어가며, 나머지 마이크로셀들은 동작 가능한 상태가 되어 데드타임 없이 바로 연이은 동작이 가능하다.Figure 9(a) is the layout of SSPM with multiple SPADs arranged. The area indicated by a circle in (b) of FIG. 9 is the area where the optical signal according to the distance arrives. As can be seen from the figure, the number of SPAD microcells in the area where light actually reaches is limited. As a result, only the SPADs included in the cells to which the optical signal has arrived are quenched and enter a dead time situation, and the remaining microcells become operable, allowing immediate continuous operation without dead time.

실제로 이를 이용한 시스템에서 광신호가 입력되는 경우, 광자 단위의 미세한 빛을 감지하는 경우가 많으므로, 위에서 설명한 극단적인 위치의 변동이 없는 상황에서도 빛의 확률성이 적용되면서, 광신호가 거의 동일한 위치에 도달하더라도 일부의 SPAD는 감지가 되지만 일부의 SPAD는 감지되지 않는 현상이 발생하며 연이은 동작이 가능하게 된다.In fact, when an optical signal is input in a system using this, minute light in photon units is often detected, so the stochasticity of light is applied even in situations where there is no extreme change in position as described above, and the optical signal reaches almost the same position. Even though some SPADs are detected, some SPADs are not detected, and continuous operation is possible.

두 번째 장점은 입력된 광의 세기에 따른 출력 레벨이 감지된다는 점이다. 도 8의 (b)에서 모든 SPAD에 광신호가 도달하지 않은 상태에서는 모두 역방향의 전압이 걸려있는 상태이므로, 전류가 흐르지 않는 상태가 되며 결과적으로 일정한 값의 전압이 유지되게 된다. The second advantage is that the output level is detected according to the intensity of the input light. In (b) of FIG. 8, when the optical signal does not reach all SPADs, the reverse voltage is applied to all SPADs, so current does not flow, and as a result, the voltage is maintained at a constant value.

아무런 광신호가 없는 일정한 전압의 상황에서 만일 도 8의 (b)에서와 같이 몇 개의 SPAD(혹은 photo-diode)에 광신호(hv, 여기서 h는 플랑크 상수(Planck constant), v는 광 주파수(photon's frequency))가 도달하게 되면 해당 SPAD는 전류가 흐르는 쇼트(short) 상태가 되며, 해당 쇼트 상태가 되는 즉시 다시 ?칭 상태가 되면서 광신호의 입력 시점에 전기적인 펄스를 만들게 된다. 이 때, 쇼트가 일어난 다이오드 혹은 SPAD가 있는 회로에 연결된 저항이 바이어스 전압이 만드는 전류 경로를 만들게 되며, 이로 인한 펄스가 출력 파형이 된다. 이러한 원리로, 1개의 마이크로셀(microcell), 즉 SPAD가 광신호를 수신한 경우의 회로에 나타나는 저항이 R이라는 값이라고 가정하면 2개의 SPAD가 광신호를 수신한 경우에는 R 값의 저항 2개가 병렬로 연결된 회로가 만들어지며, N개의 SPAD가 광신호를 수신하게 되면 N개의 R 값을 가지는 저항이 병렬로 연결한 전자 회로가 만들어지게 된다.In a situation of constant voltage without any optical signal, if an optical signal (hv) is transmitted to several SPADs (or photo-diodes) as shown in (b) of FIG. 8, where h is Planck constant and v is the optical frequency (photon's) frequency) is reached, the SPAD is in a short state where current flows, and as soon as the short state is reached, it goes into the quenching state again, creating an electrical pulse at the time of input of the optical signal. At this time, the resistor connected to the circuit with the shorted diode or SPAD creates a current path created by the bias voltage, and the resulting pulse becomes the output waveform. According to this principle, assuming that the resistance that appears in the circuit when one microcell, that is, a SPAD, receives an optical signal is the value R, when two SPADs receive an optical signal, two resistances with the value R are A circuit connected in parallel is created, and when N SPADs receive optical signals, an electronic circuit is created in which N resistors with R values are connected in parallel.

이를 기초로, 입력된 광자수(photon number) (빛의 세기와 비례) 대비 발생 전압 레벨과 관계를 그래프로 그려보면 도 10과 같은 그래프가 된다. 이와 같이 입력된 광의 세기에 따른 출력 레벨이 감지되므로, 수신된 빛의 세기를 판단해야 할 센서의 응용에 사용된다.Based on this, if the relationship between the generated voltage level and the input photon number (proportional to the intensity of light) is drawn as a graph, the graph is as shown in FIG. 10. Since the output level according to the intensity of the input light is detected in this way, it is used in sensor applications that need to determine the intensity of the received light.

SSPM의 일부 마이크로셀들이 데드타임 상황에 있더라도 연속적인 광신호 검출 동작이 가능하지만, SSPM의 출력 신호는 그 일부 마이크로셀들에 의한 애프터 펄스 노이즈를 가질 수 있으며, 이러한 애프터 펄스 노이즈를 제거하기 위한 대책이 필요하다.Continuous optical signal detection operation is possible even if some of the microcells of the SSPM are in a dead time situation, but the output signal of the SSPM may have afterpulse noise caused by some of the microcells, and measures to remove this afterpulse noise are required. This is needed.

본 발명은 광송수신기의 출력 신호로부터 애프터 펄스 노이즈를 제거하는 방법 및 이를 이용한 광송수신기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a method for removing after-pulse noise from an output signal of an optical transceiver and an optical transceiver using the same.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광송수신기는, 기설정된 주기로 광 펄스를 송신하는 광송신부와, 다수의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 구비하는 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)을 이용하며, 상기 광 펄스에 대응하는 반사광을 수신하여 광수신 신호를 출력하는 광수신부를 포함한다. 광송수신기는, 상기 광수신부로부터 입력되는 상기 광수신 신호에 대한 신호처리를 수행하는 신호처리부와, 상기 광송신부, 상기 광수신부 및 상기 신호처리부를 제어하는 제어부를 더 포함한다. 상기 신호처리부는, 주어진 광 펄스에 대응하는 광수신 신호로부터 제1 유효 피크를 선택하고, 상기 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하도록 구성된다.According to one embodiment of the present invention, the optical transceiver uses an optical transmitter that transmits optical pulses at a preset period and a solid state photon multiplexer (SSPM) having a plurality of SPADs (Single Photon Avalanche Diodes), It includes a light receiver that receives reflected light corresponding to the pulse and outputs a light reception signal. The optical transceiver further includes a signal processor that performs signal processing on the optical reception signal input from the optical receiver, and a control unit that controls the optical transmitter, the optical receiver, and the signal processor. The signal processing unit selects a first effective peak from the optical reception signal corresponding to a given optical pulse, and selects the first effective peak based on a peak level ratio relative to the first effective peak and a time interval from the first effective peak. It is configured to remove the after-pulse peak from among the peaks following the peak.

일부 실시예에서, 상기 신호처리부는, 상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 상기 피크 레벨 비율이 미리 설정된 제1 임계값 이하이고 상기 시간 간격이 미리 설정된 제1 임계 범위 이내인 피크를 애프터 펄스 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the signal processing unit selects a peak whose peak level ratio is less than or equal to a preset first threshold and where the time interval is within a preset first threshold range among peaks following the first effective peak as an after pulse. It may be configured to determine by peak.

일부 실시예에서, 상기 신호처리부는, 상기 제1 유효 피크에 후속하는 제2 유효 피크를 선택하고, 상기 제2 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제2 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하도록 구성될 수 있다. 상기 신호처리부는, 상기 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 상기 피크 레벨 비율이 미리 설정된 제1 임계값 이하이고 상기 시간 간격이 미리 설정된 제1 임계 범위 이내인 피크를 애프터 펄스 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the signal processing unit selects a second effective peak following the first effective peak, and selects the second effective peak based on a peak level ratio relative to the second effective peak and a time interval from the second effective peak. It may be configured to remove the after-pulse peak from among the peaks following the second effective peak. The signal processing unit is configured to determine, among peaks following the second effective peak, a peak whose peak level ratio is less than or equal to a preset first threshold and where the time interval is within a preset first threshold range as the after pulse peak. It can be.

일부 실시예에서, 상기 제어부는 미리 정의된 복수의 임계값 중에서 상기 신호처리부가 상기 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 상기 제1 임계값을 선택하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the control unit may be configured to select the first threshold value that the signal processor will use to remove the after-pulse peak from among a plurality of predefined threshold values.

일부 실시예에서, 상기 제어부는 미리 정의된 복수의 임계 범위 중에서 상기 신호처리부가 상기 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 상기 제1 임계 범위를 선택하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the control unit may be configured to select the first threshold range that the signal processor will use to remove the after-pulse peak from among a plurality of predefined threshold ranges.

일부 실시예에서, 상기 신호처리부는, 상기 광수신 신호에 포함된 피크들 중에서 유효 피크들을 검출하고, 검출된 유효 피크에 대응하는 수신 광량 및 검출된 피크에 대응하는 반사체와의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, the signal processing unit is configured to detect effective peaks among peaks included in the light reception signal, and determine the amount of received light corresponding to the detected effective peak and the distance from the reflector corresponding to the detected peak. It can be.

일부 실시예에서, 상기 광수신 신호에 대한 신호처리는 디지털 도메인에서 순차적으로 수행되는 복수의 프로세스를 포함하고, 상기 신호처리부는 상기 복수의 프로세스를 파이프라인 처리 방식으로 수행하도록 구성될 수 있다.In some embodiments, signal processing for the optically received signal includes a plurality of processes sequentially performed in the digital domain, and the signal processing unit may be configured to perform the plurality of processes in a pipeline processing method.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 주기로 송신되는 광 펄스에 대응하는 반사광을 수신하기 위해 다수의 SPAD를 구비한 SSPM를 이용하는 광송수신기에서, 광수신 신호로부터 애프터 펄스 피크를 제거하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 주어진 광 펄스에 대응하는 광수신 신호로부터 제1 유효 피크를 선택하는 단계와, 상기 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, in an optical transceiver using an SSPM with a plurality of SPADs to receive reflected light corresponding to an optical pulse transmitted at a preset period, a method for removing the after-pulse peak from the optical reception signal is provided. do. The method includes selecting a first effective peak from an optically received signal corresponding to a given optical pulse, and selecting the first effective peak based on a peak level ratio relative to the first effective peak and a time interval from the first effective peak. and removing the after-pulse peak from among the peaks following the peak.

상기 방법은 상기 제1 유효 피크에 후속하는 제2 유효 피크를 선택하는 단계와, 상기 제2 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제2 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하는 단계를 더 포함한다.The method includes selecting a second valid peak subsequent to the first valid peak, and selecting a second valid peak based on a peak level ratio relative to the second valid peak and a time interval from the second valid peak. It further includes removing the after-pulse peak from the subsequent peaks.

본 발명의 실시예들에 따르면 SSPM으로부터 출력되는 광수신 신호로부터 애프터 펄스에 의한 피크들을 효과적으로 제거하여 검출 성능을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, detection performance can be improved by effectively removing peaks caused by the after-pulse from the optical reception signal output from the SSPM.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광송수신기의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 광송수신기에서의 신호처리 과정을 보여주는 블록도이다.
도 3은 각 신호처리 과정의 세부 처리과정을 보여주는 블록도이다.
도 4는 두 펄스 사이의 관계를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 난반사에 의한 연속적인 펄스 수신의 한가지 예를 보여준다.
도 6은 유리창에서 반사된 반사광으로 인한 연속적인 펄스 수신의 예를 보인다.
도 7은 애프터 펄스의 이론적으로 시뮬레이션한 파형도이다.
도 8은 SPAD와 SSPM의 회로도이다.
도 9의 (a)는 다수의 SPAD들이 배열된 SSPM의 레이아웃을 보이며, (b)는 SSPM에서 광신호가 도달하는 영역을 보여주는 도면이다.
도 10은 SSPM에 입사된 광자수(photon number)와 출력 전압 레벨 간의 관계를 보여주는 그래프이다.
1 is a block diagram showing the internal configuration of an optical transceiver according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the signal processing process in an optical transceiver.
Figure 3 is a block diagram showing the detailed processing of each signal processing process.
Figure 4 is a diagram conceptually showing the relationship between two pulses.
Figure 5 shows an example of continuous pulse reception due to diffuse reflection.
Figure 6 shows an example of continuous pulse reception due to reflected light reflected from a glass window.
Figure 7 is a theoretically simulated waveform diagram of the after pulse.
Figure 8 is a circuit diagram of SPAD and SSPM.
Figure 9 (a) shows the layout of the SSPM with multiple SPADs arranged, and (b) shows the area where the optical signal reaches the SSPM.
Figure 10 is a graph showing the relationship between the number of photons incident on the SSPM and the output voltage level.

이하, 본 발명의 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the exemplary drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present embodiments, the detailed description will be omitted.

또한, 본 실시예들의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Additionally, in describing the components of the present embodiments, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. Throughout the specification, when a part is said to 'include' or 'have' a certain component, this means that it does not exclude other components but may further include other components, unless specifically stated to the contrary. . In addition, ‘…’ stated in the specification. Terms such as 'unit' and 'module' refer to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.The detailed description set forth below in conjunction with the accompanying drawings is intended to illustrate exemplary embodiments of the invention and is not intended to represent the only embodiments in which the invention may be practiced.

본 명세서에 개시된 기술은 기설정된 주기로 송신되는 광 펄스에 대응하는 반사광을 수신하기 위해 다수의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 구비한 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)를 이용하는 광송수신기에 관련되어 있다. 이하에서 자세히 설명하는 바와 같이, 광송수신기는 SSPM으로부터 출력되는 광수신 신호에서 식별되는 피크들 간의 '시간 간격'과 '레벨 비율'에 기초하여 주어진 피크에 후속하는 피크를 애프터 펄스 피크로 간주하고 제거할 것인지 또는 실제 광신호의 수신에 의한 또다른 피크로 취급할 것인지를 결정할 수 있다.The technology disclosed in this specification is related to an optical transceiver that uses a solid state photon multiplexer (SSPM) equipped with a plurality of single photon avalanche diodes (SPADs) to receive reflected light corresponding to optical pulses transmitted at a preset period. As explained in detail below, the optical transceiver considers the peak following a given peak as an after-pulse peak and removes it based on the 'time interval' and 'level ratio' between peaks identified in the optical reception signal output from the SSPM. You can decide whether to treat it as another peak caused by the actual reception of an optical signal.

SSPM을 이용하여 연속적인 광검출을 수행하는 경우에, 이들의 출력인 광수신 신호에서 의미 있는 피크(즉, 실제 빛의 수신에 의한 신호)가 짧은 시간 내에 연속으로 발생하는 경우가 있다. 이러한 연속적인 피크는 애프터 펄스로 인한 노이즈일 수도 있으나, 실제 광신호의 수신에 의한 의미있는 펄스일 수도 있다When continuous light detection is performed using SSPM, there are cases where meaningful peaks (i.e., signals resulting from actual light reception) occur continuously within a short period of time in the light reception signal that is their output. These continuous peaks may be noise caused by the after-pulse, but may also be meaningful pulses caused by the reception of an actual optical signal.

도 5는 난반사에 의한 연속적인 피크 발생의 한가지 예를 보여준다. 밀폐된 공간에서 라이다와 같은 광송수신기로 레이저 광을 발사하여 그 반사되는 빛을 수신하고자 하는 경우, (a)와 같은 모양으로 붉은색 화살표로 빛이 발사되어 역시 붉은색 화살표로 반사되어 빛이 되돌아오는 송수신 결과를 예상하게 된다. 그러나 실제로는 빛이 하나의 경로로만 반사되지는 않는다. 물체의 표면이 매끄럽지 않아서 난반사가 일어나게 되기 때문이다. 실제로는 모든 방향으로 빛들이 반사되며, 도 5의 (b)에 하나의 예로 표시한 파란색의 경로처럼 다양한 경로로 생성된다. 도 5에서는 편의상 하나의 난반사 경로만을 표시하였으나, 실제로는 매우 많은 빛의 경로가 생성될 수 있다. 광학 설계시에는 원하지 않는 경로의 반사광을 방지하고자 하지만, 실제로는 모든 난반사를 방지하기는 불가능하여 많은 광신호가 수신되게 된다.Figure 5 shows an example of continuous peak generation due to diffuse reflection. If you want to fire laser light with an optical transmitter and receiver such as LiDAR in a closed space and receive the reflected light, the light is emitted as a red arrow in the same shape as (a), and is also reflected as a red arrow. The return result of transmission and reception is expected. However, in reality, light is not reflected in only one path. This is because the surface of the object is not smooth, causing diffuse reflection. In reality, light is reflected in all directions and is created in various paths, such as the blue path shown as an example in (b) of Figure 5. In Figure 5, only one diffuse reflection path is shown for convenience, but in reality, many light paths can be created. In optical design, it is intended to prevent reflected light from unwanted paths, but in reality, it is impossible to prevent all diffuse reflections, so many optical signals are received.

위의 케이스에서는 직선 경로와 난반사 경로의 길이가 서로 비슷하면, 매우 가까운 연속된 두 개의 피크가 광수신 신호에서 나타나게 된다. 또한, 매우 개방된 공간에서 광의 송수신을 행하게 되면, 연속된 레이저 송신에 의해 앞서 발사된 송신광에 의한 빛의 반사가 후속 광의 송신 이후에 수신되는 경우도 있다.In the above case, if the lengths of the straight path and the diffuse reflection path are similar, two very close consecutive peaks appear in the optical reception signal. Additionally, when light is transmitted and received in a very open space, there are cases where the reflection of light by the previously emitted transmitted light due to continuous laser transmission is received after the subsequent light is transmitted.

도 6은 다른 예로서, 창문 너머에 있는 물체에서 빛이 반사되는 경우를 보여준다. 발사된 빛은 유리 창문에 먼저 반사되어 돌아와서 수신된다. 이후 유리창을 통과한 빛은 창 너머에 있는 물체에서 반사되어 다시 돌아와 수신된다. 이 경우에도 광수신 신호에서 연속적인 피크가 발생하는데, 여기에서는 두 피크 모두 의미있는 정보이다.Figure 6 shows another example, where light is reflected from an object beyond a window. The emitted light first reflects off the glass window and then returns to be received. The light that passes through the glass window is then reflected from the object beyond the window and returned again. In this case as well, continuous peaks occur in the optical reception signal, and here both peaks are meaningful information.

따라서 광수신 신호에 나타날 수 있는 연속적인 피크들 중에서 의미있는 피크와 애프터 펄스 피크를 구별하는 것이 필요하다. SSPM의 물리적 특성 혹은 동작 환경에 따라 차이가 있지만, 애프터 펄스는 반사광에 의해 발생한 실제 펄스로부터 소정의 시간 간격을 두고 발생하며, 시간 간격이 클수록 펄스의 레벨이 작아진다. 실험에 따르면 애프터 펄스는 실제 발생한 펄스와 시간 차가 4~8ns 정도의 간격으로 발생하였다. 또한, 그 레벨은 선행 펄스의 레벨과 50~75% 정도의 크기로 발생하였다.Therefore, it is necessary to distinguish between meaningful peaks and after-pulse peaks among continuous peaks that may appear in the optical reception signal. Although there are differences depending on the physical characteristics or operating environment of the SSPM, the after-pulse occurs at a predetermined time interval from the actual pulse generated by reflected light, and the larger the time interval, the smaller the pulse level. According to the experiment, the after-pulse occurred at intervals of about 4 to 8 ns with a time difference from the actual pulse. Additionally, the level occurred at a magnitude of about 50 to 75% of the level of the preceding pulse.

따라서, 애프터 펄스가 발생하는 통계적인 시간 특성과 레벨 특성을 고려할 때, 광수신 신호에서 첫 번째 피크로부터 특정 시간 간격 내에 발생한 피크로서 특정 레벨 특성을 보이는 피크가 애프터 펄스(즉, 노이즈)로 간주될 수 있다.Therefore, considering the statistical time characteristics and level characteristics at which the after-pulse occurs, a peak that occurs within a certain time interval from the first peak in the optical reception signal and shows certain level characteristics can be considered an after-pulse (i.e., noise). You can.

광송수신기는 SSPM으로부터 출력되는 광수신 신호에 대한 신호처리 시에, 노이즈 제거 등의 전처리를 거쳐 일정 레벨 이상의 피크들을 선별하고, 선별된 피크들을 대상으로 애프터 펄스에 의한 피크들을 제거하는 작업을 수행할 수 있다. 이때, 선별된 피크들 중에서 첫 번째 피크는 유효 피크로 간주하고, 후속 피크에 대해 다음과 같은 방식으로 애프터 펄스에 의한 피크들인지 여부가 결정될 수 있다.When processing the optical reception signal output from the SSPM, the optical transceiver selects peaks above a certain level through preprocessing such as noise removal, and performs the task of removing peaks caused by the after pulse for the selected peaks. You can. At this time, the first peak among the selected peaks is regarded as a valid peak, and whether the subsequent peaks are peaks caused by the after pulse can be determined in the following manner.

예를 들어, 도 4에 점선으로 표시된 것과 같이, 광송수신기는 첫 번째 피크의 레벨에 대해 특정 비율을 가지는 임계 레벨을 설정하고, 그 임계 레벨 이하의 레벨을 가지면서 특정 시간 간격 내에 발생한 피크를 제거할 수 있다. 첫 번째 피크에 후속하는 피크가 임계 레벨보다 큰 레벨을 갖거나 특정 시간 간격을 벗어나 발생한 경우에, 광송수신기는 해당 후속 피크를 또 다른 유효 피크라고 결정할 수 있다. For example, as indicated by the dotted line in FIG. 4, the optical transceiver sets a threshold level having a specific ratio to the level of the first peak, and removes peaks that have a level below the threshold level and occur within a specific time interval. can do. If a peak subsequent to the first peak has a level greater than the threshold level or occurs outside a specific time interval, the optical transceiver may determine that the subsequent peak is another valid peak.

일 실시예에서, 광송수신기는 미리 정의된 다양한 레벨 비율들 중에서 애프터 펄스에 의한 피크들을 제거하는 데에 사용할 임계 비율을 선택할 수도 있다.In one embodiment, the optical transceiver may select a threshold ratio to be used to remove peaks caused by the after-pulse from among various predefined level ratios.

비율 조합ratio combination 비율(%)ratio(%) 코드code R0R0 100100 11111111 R1+R2+R3R1+R2+R3 87.587.5 11101110 R1+R2R1+R2 7575 11011101 R1+R2-R3R1+R2-R3 62.562.5 11001100 R1R1 5050 10111011 R1-R3R1-R3 37.537.5 10101010 R2R2 2525 10011001 R3R3 12.512.5 10001000 NO PASSNO PASS NO PASSNO PASS 00000000

표 1는 일 실시예에서의 피크 간의 크기의 비율을 보여준다. 표 1에서 R1은 50%, R2는 25%, R3는 12.5% 비율을 나타내며, 이들의 조합으로 레벨의 비율을 표현하였다. 애프터 펄스의 시간적 특성 및 레벨 특성은 광송수신기에 실제로 포함된 SSPM 소자에 따라 혹은 SSPM 소자가 구동되는 광송수신기 내의 환경에 따라 달라질 수도 있으므로, 광송수신기마다 캘리브레이션 단계에서 적절한 비율과 시간 간격이 설정될 수 있다.Table 1 shows the ratio of sizes between peaks in one example. In Table 1, R1 represents 50%, R2 represents 25%, and R3 represents 12.5%, and the ratio of levels is expressed as a combination of these. Since the temporal characteristics and level characteristics of the after pulse may vary depending on the SSPM element actually included in the optical transceiver or the environment within the optical transceiver in which the SSPM element is driven, an appropriate rate and time interval can be set in the calibration step for each optical transceiver. there is.

광수신 신호에 나타날 수 있는 연속적인 피크들 중에서, 첫 번째 피크(즉, 유효 피크)에 후속하는 각 피크가 애프터 펄스 피크인지 여부는 직전 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 직전 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크가 결정될 수 있다. 또한, 제1 유효 피크에 후속하는 제2 유효 피크(즉, 제1 유효 피크에 대해 애프터 펄스 피크로 판단되지 않은 피크)를 선택하고, 제2 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 제2 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크가 결정될 수 있다.Among the consecutive peaks that can appear in the optical reception signal, whether each peak following the first peak (i.e., effective peak) is an after-pulse peak is determined by the ratio of the peak level relative to the immediately preceding effective peak and the time interval from the immediately preceding effective peak. It can be decided based on . For example, an after-pulse peak may be determined among peaks following the first effective peak based on the peak level ratio relative to the first effective peak and the time interval from the first effective peak. Additionally, a second effective peak subsequent to the first effective peak (i.e., a peak that is not determined to be an afterpulse peak with respect to the first effective peak) is selected, and the peak level ratio relative to the second effective peak is calculated from the second effective peak. An after-pulse peak may be determined among peaks following the second effective peak based on the time interval of .

일부 실시예에서, 피크 레벨 비율과 시간 간격의 둘 이상의 조합이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 광송수신기는 주어진 유효 피크에 후속하는 복수의 피크들에서, 제1 시간 간격(예컨대, 4~6 ns)과 제1 피크 레벨 비율(예컨대, 75%)을 만족하는 피크들과 제2 시간 간격(예컨대, 6~8 ns)과 제2 피크 레벨 비율(예컨대, 50%)을 만족하는 피크들을 애프터 펄스 피크로 결정할 수 있다.In some embodiments, a combination of two or more peak level ratios and time intervals may be used. For example, the optical transceiver may select peaks that satisfy a first time interval (e.g., 4 to 6 ns) and a first peak level ratio (e.g., 75%) in a plurality of peaks following a given effective peak and a first peak level ratio (e.g., 75%). Peaks that satisfy a 2 time interval (eg, 6 to 8 ns) and a second peak level ratio (eg, 50%) may be determined as after-pulse peaks.

이하에서는 도 1을 참조하여 전술한 애프터 피크를 제거하는 기법이 채용된 광송수신기의 일 실시예를 설명한다. 도 1은 광송수신기의 구성을 개념적으로 보여주는 블록도이다. 광송수신기(100)는 발광 다이오드와 렌즈 모듈을 구비하는 광송신부(120), 반사체로부터 반사되어 입사되는 빛을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 광수신부(130), 반사광의 신호처리를 수행하는 신호처리부(140), 그리고 광송신부(120), 광수신부(130), 신호처리부(140)를 제어하여 레이저 광의 발광, 수신 및 신호처리를 수행하도록 제어하는 제어부(110)를 구비한다.Hereinafter, an embodiment of an optical transceiver employing the technique for removing the above-described after-peak will be described with reference to FIG. 1. Figure 1 is a block diagram conceptually showing the configuration of an optical transmitter and receiver. The optical transceiver 100 includes an optical transmitter 120 including a light emitting diode and a lens module, an optical receiver 130 that receives light reflected and incident from a reflector and converts it into an electrical signal, and a signal processor that performs signal processing of the reflected light. (140), and a control unit 110 that controls the optical transmitting unit 120, the optical receiving unit 130, and the signal processing unit 140 to perform laser light emission, reception, and signal processing.

도 1에서는 제어부(110)와 신호처리부(140)를 별도로 마련하는 경우를 보여주고 있지만, 실시예에 따라서는 제어부(110)와 신호처리부(140)의 기능을 하나의 디바이스에서 처리하도록 구성할 수도 있다.Figure 1 shows a case where the control unit 110 and the signal processing unit 140 are provided separately, but depending on the embodiment, the functions of the control unit 110 and the signal processing unit 140 may be configured to be processed in one device. there is.

제어부(110) 및 신호처리부(140)는 커스텀 VLSI(very-large-scale integration) 회로 또는 게이트 어레이, 논리 칩, 트랜지스터와 같은 반도체를 포함하는 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다. 제어부(110) 및 신호처리부(140)는 또한 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA), 프로그래머블 어레이 로직, 프로그래머블 로직 디바이스들 등과 같은 프로그래머블 하드웨어 디바이스로 구현될 수도 있다.The control unit 110 and the signal processing unit 140 may be implemented as a custom very-large-scale integration (VLSI) circuit or a hardware circuit including semiconductors such as a gate array, logic chip, and transistor. The control unit 110 and the signal processing unit 140 may also be implemented as programmable hardware devices such as a field programmable gate array (FPGA), programmable array logic, programmable logic devices, etc.

광송신부(120)의 발광 다이오드는 설정된 주기로 일정한 펄스 폭을 갖는 레이저 광(즉, 광펄스)을 발광한다. 즉, 광송신부(120)는 광펄스의 트레인(train)을 송신한다. 광 펄스는 물체에 부딪혀 반사되어 광송수신기(100)로 되돌아온다. 광수신부(130)는 수신한 광신호를 전기적인 광수신 신호로 변환한다. 광수신부(130)는 단일 광자 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode)를 이용한 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)을 구비한다. 신호처리부(140)는 광수신 신호에 포함된 피크들 중에서 유효 피크들을 검출하고, 검출된 유효 피크에 대응하는 수신 광량 및 검출된 피크에 대응하는 반사체와의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. The light emitting diode of the optical transmitter 120 emits laser light (i.e., optical pulse) having a constant pulse width at a set period. That is, the optical transmitter 120 transmits a train of optical pulses. The light pulse strikes an object, is reflected, and returns to the optical transceiver 100. The optical receiver 130 converts the received optical signal into an electrical optical reception signal. The light receiving unit 130 is equipped with a solid state photon multiplexer (SSPM) using a single photon avalanche diode. The signal processing unit 140 may be configured to detect effective peaks among peaks included in the light reception signal, and determine the amount of received light corresponding to the detected effective peak and the distance from the reflector corresponding to the detected peak.

또한, 신호처리부(140)는, 광수신 신호로부터 제1 유효 피크를 선택하고, 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서, 애프터 펄스와 실제 펄스를 식별하도록 구성될 수 있다. 신호처리부(140)는, 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 피크 레벨 비율이 미리 설정된 제1 임계값 이하이고 시간 간격이 미리 설정된 제1 임계 범위 이내인 피크를 애프터 펄스 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.In addition, the signal processing unit 140 selects a first effective peak from the optical reception signal, and selects a first effective peak following the first effective peak based on the peak level ratio relative to the first effective peak and the time interval from the first effective peak. Among the peaks, it can be configured to distinguish between the after-pulse and the actual pulse. The signal processing unit 140 may be configured to determine, among peaks following the first effective peak, a peak whose peak level ratio is less than or equal to a preset first threshold and whose time interval is within a preset first threshold range as the after pulse peak. You can.

신호처리부(140)는, 제1 유효 피크에 후속하는 제2 유효 피크를 선택하고, 제2 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 제2 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하도록 구성될 수 있다. 신호처리부(140)는, 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 피크 레벨 비율이 미리 설정된 제1 임계값 이하이고 상기 시간 간격이 미리 설정된 제1 임계 범위 이내인 피크를 애프터 펄스 피크로 결정하도록 구성될 수 있다.The signal processing unit 140 selects a second effective peak following the first effective peak, and selects a second effective peak following the second effective peak based on the peak level ratio relative to the second effective peak and the time interval from the second effective peak. It may be configured to remove the after-pulse peak among the peaks. The signal processing unit 140 is configured to determine, among peaks following the second effective peak, a peak whose peak level ratio is less than or equal to a preset first threshold and whose time interval is within a preset first threshold range as the after pulse peak. It can be.

제어부(110)는 미리 정의된 복수의 임계값 중에서 신호처리부(140)가 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 제1 임계값을 선택하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(110)는 미리 정의된 복수의 임계 범위 중에서 신호처리부(140)가 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 제1 임계 범위를 선택하도록 구성될 수 있다.The control unit 110 may be configured to select a first threshold value that the signal processing unit 140 will use to remove the after-pulse peak from among a plurality of predefined threshold values. Additionally, the control unit 110 may be configured to select a first threshold range that the signal processing unit 140 will use to remove the after-pulse peak from among a plurality of predefined threshold ranges.

도 2는 광송수신기(110)에서 수행되는 광수신 신호에 대한 신호처리 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 2에 예시된 바와 같이, 광송수신기(100)의 신호처리부(140)는 복수의 신호처리 프로세스 (또는 복수의 신호처리 블록)을 거쳐서 데이터를 신호처리할 수 있다. 이들 프로세스들은, 예컨대 하드웨어 회로에서, 파이프라인 처리 방식으로 수행될 수 있다.Figure 2 is a flowchart showing the signal processing process for the optical reception signal performed in the optical transceiver 110. As illustrated in FIG. 2, the signal processing unit 140 of the optical transceiver 100 may signal-process data through a plurality of signal processing processes (or a plurality of signal processing blocks). These processes may be performed in a pipelined manner, for example in hardware circuitry.

포토 다이오드에서 검출되는 아날로그 신호는 ADC(Analog to Digital Converter)에 의해 디지털 신호로 변환되어 신호처리부(140)에 입력되다. 입력된 ADC 출력신호는 전처리 단계(S10)에서 잡음 제거, 동작 클록(clock) 차이로 병렬 처리를 위한 비트수 변환(예를 들면 8 비트 데이터 8개의 병렬 처리를 위한 64 비트 데이터로의 변환) 등의 전처리 과정을 거치게 된다. 피크 검출 단계(S20)에서는 전처리된 데이터로부터 일정 조건을 만족하는 피크들을 검출한다. 피크 선택 단계(S30)에서는 검출된 피크들 중에서 최종적으로 소정 수의 피크들을 선택한다. 수학 연산 단계(S40)에서는 남은 피크들에 대해서 거리 값을 연산하거나 광자수를 계수하는 등의 연산을 수행한다. 데이터 패키타이징 단계(S50)에서는 검출된 소정 수의 피크들에 대해서 연산된 값을 패킷화한다. 패킷화 되는 정보에는 최종 선별된 피크의 거리, 빛의 세기, 수신된 광자의 정보, 반사체의 재질 정보 등이 포함될 수 있다. 패킷화된 정보는 외부의 응용 프로세서로 전송될 수 있다.The analog signal detected by the photo diode is converted into a digital signal by an analog to digital converter (ADC) and input to the signal processing unit 140. The input ADC output signal is subjected to noise removal in the preprocessing step (S10), conversion of the number of bits for parallel processing due to differences in operating clocks (for example, conversion to 64-bit data for parallel processing of eight 8-bit data), etc. It goes through a preprocessing process. In the peak detection step (S20), peaks that satisfy certain conditions are detected from the preprocessed data. In the peak selection step (S30), a predetermined number of peaks are finally selected from among the detected peaks. In the math operation step (S40), operations such as calculating distance values or counting the number of photons are performed on the remaining peaks. In the data packaging step (S50), values calculated for a predetermined number of detected peaks are packetized. Packetized information may include the distance of the final selected peak, intensity of light, information on received photons, information on the material of the reflector, etc. Packetized information can be transmitted to an external application processor.

도 2에서는 신호처리 단계가 5개의 단계로 구성된 예를 보여주고 있지만, 실시형태에 따라서 다양한 조합의 단계로 구성 가능하다. 또한, 각 단계도 복수의 소단계로 구성될 수 있다.Although FIG. 2 shows an example in which the signal processing step consists of five steps, it can be composed of various combinations of steps depending on the embodiment. Additionally, each step may be composed of a plurality of small steps.

이러한 예를 도 3에 도시하였다. 도 3의 예에서, 피크 검출 단계(S20)는 ADC 임계치 컷오프 단계(S21)와 1차 피크 검출 단계(S22)를 구비할 수 있다. ADC 임계치 컷오프 단계(S21)는 ADC(Analog to Digital Converter)에서 입력된 신호로부터 전기적 노이즈를 제거하는 부분으로서, 기본적으로 바이어스된 전기적인 상수 값과 함께 신호의 리플(ripple)을 제거한다. 일반적으로 피크라는 것은 연속된 3개의 수가 있을 때, 중간에 위치한 값이 가장 클 때 피크라고 판단할 수 있다. 반대로, 연속된 3개의 수 중에서 중간에 위치한 값이 가장 작으면 밸리(valley)라고 할 수 있다. 1차 피크 검출 단계(S22)는 조건 없이 모든 피크를 검출하며 해당 위치를 모두 플래깅(flagging)하여 다음 처리에 활용한다.This example is shown in Figure 3. In the example of FIG. 3, the peak detection step (S20) may include an ADC threshold cutoff step (S21) and a first peak detection step (S22). The ADC threshold cutoff step (S21) is a part that removes electrical noise from the signal input from the ADC (Analog to Digital Converter), and basically removes the ripple of the signal along with the biased electrical constant value. In general, a peak can be judged when there are three consecutive numbers and the value located in the middle is the largest. Conversely, if the value in the middle of three consecutive numbers is the smallest, it can be called a valley. The first peak detection step (S22) detects all peaks without conditions and flags all corresponding positions for use in the next processing.

피크 선택 단계(S30)는 피크 임계치 컷오프 단계(S31)와, 남은 피크들 중에서 최종 피크들을 선택하는 최종 피크 선택 단계(S32)를 구비할 수 있다. 피크 검출 단계(S20) 검출된 모든 피크들 중에서 의미 있는 피크를 찾기 위하여, 노이즈 임에도 피크로 인식된 것들을 제거해야 한다. 피크 임계치 컷오프 단계(S31)에서는 전기적 노이즈로 인한 피크를 임계 값(threshold)를 정하여 제거한다. 즉, 소정의 임계치 미만의 피크를 제거한다. 실시예에 따라서, 임계값은 미리 설정된 참조표(look-up table)를 참조하여 정할 수 있다. 최종 피크 선택 단계(S32)에서는 노이즈로 판단되어 제외된 피크 이외의 피크들에 대해서 거리에 따른 피크 및 이전 및 인접된 광 수신 신호에 의한 정보를 적용하여 최종적으로 소정 갯수, 예를 들면 8개의 피크를 선정한다.The peak selection step (S30) may include a peak threshold cutoff step (S31) and a final peak selection step (S32) of selecting final peaks from the remaining peaks. Peak detection step (S20) In order to find meaningful peaks among all detected peaks, peaks recognized as noise must be removed. In the peak threshold cutoff step (S31), peaks due to electrical noise are removed by setting a threshold. That is, peaks below a predetermined threshold are removed. Depending on the embodiment, the threshold value may be determined by referring to a preset look-up table. In the final peak selection step (S32), peaks according to distance and information from previous and adjacent optical reception signals are applied to peaks other than the peaks judged to be noise and excluded, and a final number of peaks, for example, 8, is selected. Select .

수학 연산 단계(S40)는 인접 위치의 피크들을 컷오프 하는 인접 위치 컷오프 단계(S41)와, 최종적으로 남은 피크들에 대해서 거리를 연산하는 거리 연산 단계(S42)와, 광자수 연산 단계(S43)를 구비할 수 있다. 인접 위치 컷오프 단계(S41)는 애프터 펄스 등의 특수 상황의 노이즈를 제거하기 위한 단계이다. 이전 단계에서 선정된 소정 갯수의 최종 피크들 중에서 전술한 것처럼 미리 설정된 시간 간격과 피크 레벨 비율에 따라 제외할 피크를 선별한다. 그 결과로 예를 들면 최대 4개 이하의 피크를 선별할 수 있다. 거리 연산 단계(S42)에서는 선별된 최종 피크들에 대하여 반사된 거리를 계산한다. 광자수 연산 단계(S43)에서는 선별된 최종 4개의 피크에 대하여 거리와 함께 그 빛의 세기를 참조하여 수신된 광자의 정보를 수치화한다. 이와 함께 피크의 성질을 분석하여 반사체의 재질 정보도 함께 결과물로 생성할 수 있다.The mathematical operation step (S40) includes an adjacent position cutoff step (S41) that cuts off peaks at adjacent positions, a distance calculation step (S42) that calculates the distance to the remaining peaks, and a photon number calculation step (S43). It can be provided. The adjacent position cutoff step (S41) is a step to remove noise in special situations such as after pulse. Among the predetermined number of final peaks selected in the previous step, peaks to be excluded are selected according to a preset time interval and peak level ratio as described above. As a result, for example, up to 4 peaks can be selected. In the distance calculation step (S42), the reflected distance is calculated for the selected final peaks. In the photon number calculation step (S43), the information on the received photons is quantified by referring to the intensity of light along with the distance for the final four selected peaks. In addition, by analyzing the nature of the peak, information on the material of the reflector can also be generated as a result.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment, but rather to explain it, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these examples. The scope of protection of this embodiment should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of this embodiment.

110: 제어부 120: 광송신부
130: 광수신부 140: 신호처리부
110: Control unit 120: Optical transmission unit
130: light receiving unit 140: signal processing unit

Claims (12)

기설정된 주기로 광 펄스를 송신하는 광송신부;
다수의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 구비하는 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)을 이용하며, 상기 광 펄스에 대응하는 반사광을 수신하여 광수신 신호를 출력하는 광수신부;
상기 광수신부로부터 입력되는 상기 광수신 신호에 대한 신호처리를 수행하는 신호처리부; 및
상기 광송신부, 상기 광수신부 및 상기 신호처리부를 제어하는 제어부
를 포함하며,
상기 신호처리부는, 주어진 광 펄스에 대응하는 광수신 신호로부터 제1 유효 피크를 선택하고, 상기 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하도록 구성된,
광송수신기.
An optical transmitter that transmits optical pulses at a preset period;
An optical receiver that uses a solid state photon multiplexer (SSPM) equipped with a plurality of single photon avalanche diodes (SPAD) and receives reflected light corresponding to the optical pulse to output an optical reception signal;
a signal processing unit that performs signal processing on the optical reception signal input from the optical reception unit; and
A control unit that controls the optical transmitter, the optical receiver, and the signal processor
Includes,
The signal processing unit selects a first effective peak from the optical reception signal corresponding to a given optical pulse, and selects the first effective peak based on a peak level ratio relative to the first effective peak and a time interval from the first effective peak. configured to remove the after-pulse peak from among the peaks following the peak,
Optical transmitter receiver.
제1항에 있어서,
상기 신호처리부는
상기 제1 유효 피크에 후속하는 제2 유효 피크를 선택하고, 상기 제2 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제2 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하도록 구성된,
광송수신기.
According to paragraph 1,
The signal processing unit
Selecting a second valid peak following the first valid peak, from among the peaks following the second valid peak based on a peak level ratio relative to the second valid peak and a time interval from the second valid peak. configured to eliminate after-pulse peaks,
Optical transmitter receiver.
제1항에 있어서,
상기 신호처리부는
상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 상기 피크 레벨 비율이 미리 설정된 제1 임계값 이하이고, 상기 시간 간격이 미리 설정된 제1 임계 범위 이내인 피크를 애프터 펄스 피크로 결정하도록 구성된,
광송수신기.
According to paragraph 1,
The signal processing unit
Configured to determine, among peaks following the first effective peak, a peak whose peak level ratio is less than or equal to a preset first threshold and where the time interval is within a preset first threshold range as an after-pulse peak,
Optical transmitter receiver.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 미리 정의된 복수의 임계값 중에서 상기 신호처리부가 상기 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 상기 제1 임계값을 선택하도록 구성된,
광송수신기.
According to paragraph 3,
The control unit is configured to select the first threshold value to be used by the signal processing unit to remove the after-pulse peak from among a plurality of predefined threshold values,
Optical transmitter receiver.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 미리 정의된 복수의 임계 범위 중에서 상기 신호처리부가 상기 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 상기 제1 임계 범위를 선택하도록 구성된,
광송수신기.
According to paragraph 3,
The control unit is configured to select the first threshold range to be used by the signal processing unit to remove the after-pulse peak from among a plurality of predefined threshold ranges,
Optical transmitter receiver.
제1항에 있어서,
상기 신호처리부는
상기 광수신 신호에 포함된 피크들 중에서 유효 피크들을 검출하고, 검출된 유효 피크에 대응하는 수신 광량 및 검출된 피크에 대응하는 반사체와의 거리를 결정하도록 구성된,
광송수신기.
According to paragraph 1,
The signal processing unit
Configured to detect effective peaks among the peaks included in the light reception signal, and determine the amount of received light corresponding to the detected effective peak and the distance from the reflector corresponding to the detected peak,
Optical transmitter receiver.
제1항에 있어서,
상기 광수신 신호에 대한 신호처리는 디지털 도메인에서 순차적으로 수행되는 복수의 프로세스를 포함하고, 상기 신호처리부는 상기 복수의 프로세스를 파이프라인 처리 방식으로 수행하도록 구성된,
광송수신기.
According to paragraph 1,
Signal processing for the optically received signal includes a plurality of processes performed sequentially in the digital domain, and the signal processing unit is configured to perform the plurality of processes in a pipeline processing method,
Optical transmitter receiver.
기설정된 주기로 송신되는 광 펄스에 대응하는 반사광을 수신하기 위해 다수의 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 구비한 SSPM(Solid State Photon Multiplexer)를 이용하는 광송수신기에서, 광수신 신호로부터 애프터 펄스 피크를 제거하는 방법으로서,
주어진 광 펄스에 대응하는 광수신 신호로부터 제1 유효 피크를 선택하는 단계; 및
상기 제1 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제1 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하는 단계
를 포함하는, 방법.
In an optical transceiver that uses a solid state photon multiplexer (SSPM) equipped with a plurality of single photon avalanche diodes (SPAD) to receive reflected light corresponding to optical pulses transmitted at a preset period, the after-pulse peak is removed from the optical reception signal. As a method,
selecting a first effective peak from the optically received signal corresponding to a given optical pulse; and
Removing an after-pulse peak from peaks following the first effective peak based on a peak level ratio relative to the first effective peak and a time interval from the first effective peak.
Method, including.
제8항에 있어서,
상기 제1 유효 피크에 후속하는 제2 유효 피크를 선택하는 단계; 및
상기 제2 유효 피크에 상대적인 피크 레벨 비율과 상기 제2 유효 피크로부터의 시간 간격을 기초로 상기 제2 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서 애프터 펄스 피크를 제거하는 단계
를 더 포함하는, 방법.
According to clause 8,
selecting a second effective peak subsequent to the first effective peak; and
Removing an after-pulse peak from peaks following the second effective peak based on a peak level ratio relative to the second effective peak and a time interval from the second effective peak.
A method further comprising:
제8항에 있어서,
상기 제1 유효 피크에 후속하는 피크들 중에서, 상기 피크 레벨 비율이 미리 설정된 제1 임계값 이하이고 상기 시간 간격이 미리 설정된 제1 임계 범위 이내인 피크가 애프터 펄스 피크로 결정되는,
방법.
According to clause 8,
Among the peaks following the first effective peak, a peak whose peak level ratio is less than or equal to a preset first threshold and where the time interval is within a preset first threshold range is determined as the after pulse peak,
method.
제10항에 있어서,
미리 정의된 복수의 임계값 중에서 상기 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 상기 제1 임계값을 선택하는 단계를 더 포함하는,
방법.
According to clause 10,
further comprising selecting the first threshold to use for removing the after-pulse peak from a plurality of predefined thresholds,
method.
제10항에 있어서,
미리 정의된 복수의 임계 범위 중에서 상기 애프터 펄스 피크를 제거하는 데에 사용할 상기 제1 임계 범위를 선택하는 단계를 더 포함하는,
방법.
According to clause 10,
Further comprising selecting the first threshold range to be used for removing the afterpulse peak from a plurality of predefined threshold ranges,
method.
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