FMCW LiDAR 전기-광 PLL 및 SPAD 기반 저암전류 광검출 연구
Electro-Optical PLL for FMCW LiDAR and SPAD-Based Low Dark-Count Detection
연구 내용
FMCW LiDAR 송신에서 DBR 레이저를 안정 구동하기 위한 electro-optical phase locked loop와 레이저 모듈레이션 보정 PLL을 구현하고, SPAD의 quenching/외부 판독 구조를 통해 dark count를 줄이며 캘리브레이션을 수행하는 연구
FMCW LiDAR의 거리 측정 성능을 좌우하는 레이저 주파수 변조의 선형성과 위상 안정성을 확보하기 위해 전기-광 결합 PLL을 설계합니다. DBR 레이저 다이오드를 대상으로 Mach-Zehnder interferometer 기반 광학 전달함수를 모델링하고, Type II PLL 루프 필터 설계를 적용하여 잠금 동작과 선형 주파수 변조를 검증합니다. 또한 SPAD 검출기에서는 PQAR 구조로 quenching과 active reset을 통합해 dark count를 억제하며, DCR 자체가 증가하는 계측 환경을 고려해 선형회귀 기반 외부 캘리브레이션 방법을 적용합니다. 픽셀 확장 시 fill factor 저하 문제는 외부 카운터 기반 photon event summation/동시판정 구조로 완화합니다.
관련 연구 성과
관련 논문
5편
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관련 프로젝트
1건
연구 흐름
2023년에는 28-nm CMOS에서 DBR 레이저 구동을 목표로 electro-optical phase locked loop 설계 절차를 정립하고, 광학 회로 모델과 PLL 루프 필터를 연동해 잠금 및 모듈레이션 특성을 확인했습니다. 같은 해 SPAD 검출기에서는 PQAR 회로를 픽셀에 포함해 암전류 성분을 줄이는 소형 검출 구조를 구현했습니다. 2024년에는 FMCW 모듈레이션의 비선형 오차를 보정하기 위한 ramp generator 내장 PLL과, DCR 캘리브레이션을 위한 선형회귀 기반 외부 보정 절차를 추가했습니다. 2025년에는 FSI SPAD 배열에서 fill factor 보존과 라우팅 효율을 동시에 다루기 위해 외부 판독 아키텍처로 확장했습니다.
활용 가능성
활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.
- FMCW LiDAR 송신 주파수 변조 선형화
- 전기-광 결합 PLL 기반 레이저 잠금 제어 IP
- DBR 레이저 기반 coherent detection 모듈
- SPAD 기반 3D 센싱 시스템
- 저암전류 SPAD 검출기 회로 설계
- DCR 자동 캘리브레이션 소프트웨어 파이프라인
- FSI SPAD 배열의 스케일업을 위한 외부 판독 구조
- 동시판정 기반 신호 검출 알고리즘 내장
- 광학 위상 노이즈 억제용 루프 설계
- 편광 유지 PM Fiber 기반 SNR 향상 적용
관련 논문
구분
제목
Electro-Optical Phase Locked Loop design for FMCW LiDAR TX in 28-nm CMOS
A Compact Design of SPAD Detector with Quenching Circuit for Reduced Dark Count Rate
Calibrating the Dark Count Rate of Single Photon Avalanche Diodes Using Linear Regression
Phase Locked Loop with Ramp Generator for FMCW LiDAR TX in 28-nm CMOS
Photon Event Summation and External Readout for Fill Factor Preservation in 32×32 FSI SPAD Array
관련 프로젝트
구분
제목
FMCW Coherent Detection을 이용한 고민감도 LiDAR 회로 연구