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ICT/정보통신 라이다를 위한 반도체 제품의 기술 개발 동향

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2020-01-15 12:00:00
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○ 원래 라이다는 자율주행 시스템을 연구ㆍ개발하는데 사용되었지만, 이제 막 양산 차량에 탑재되기 시작하였다. 다만, 본격적으로 보급되기까지는 아직 문제점을 갖고 있는데, 성능 면에서는 장거리 및 고해상도의 거리 측정, 높은 정밀도가 요구된다. 따라서 보급형 자동차에 도입되려면, 소형화 및 저비용화가 이루어져야 한다.

 

○ 도시바에서는 이러한 요구에 대응하고자, 고감도 수광소자, 수광소자의 신호를 처리하는 AFE 및 거리 측정 알고리즘 기술의 개발을 실시하고 있다.

 

▣ 고감도 수광소자 SiPM

○ 장거리를 측정하려면 강한 태양광 아래에서 멀리서부터 오는 미약한 반사광을 감지해야 한다. 이때, 대상물로부터 반사되어 오는 반사광은 매우 미소하기 때문에, 고감도 수광소자는 광자 계산이 가능한 실리콘 포토멀티플라이어(SiPM : Silicon Photomultiplier)를 사용해야 한다.

 

<그림1> 장거리 측정에 요구되는 수광소자

주) 장거리 측정의 경우, 반사광의 양이 적기 때문에 고감도 수광소자로서 SiPM이 주목 받고 있음.

 

○ SiPM은 현재 라이다에서 널리 사용되고 있는 어발란체 포토다이오드(APD)나 PIN(Positive- Intrinsic-Negative) 포토다이오드(PD)에 비해 감도가 높고, 구동 전압이 낮으며, 온도 변화가 적다는 장점을 갖고 있다.

 

- 또한, 도시바는 900nm 부근의 고감도화를 위하여, 디바이스 구조를 최적화하는 기술을 개발하고 있다.

 

<표1> 수광소자의 성능 비교(Comparison performance of photodetectors)

 

▣ AFE

○ 태양광 등의 노이즈가 섞인 신호에서 필요한 신호를 골라내려면, ADC(Analog-to- Digital Converter) 회로를 이용한 평균화 처리가 효과적인데, 이는 주로 장거리 측정에 적용되고 있다. 하지만 ADC 회로를 사용한 평균화 처리에서는, 단거리를 고정밀 측정하는 경우에 필요한 고속 처리가 어렵다는 문제점이 있다.

 

- 그래서, 도시바는 단거리용 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로와 장거리용 ADC 회로를 둘 다 사용한 독자적인 하이브리드 회로를 개발했다. ADC를 장거리 전용으로 삼음으로써, ADC 회로에 필요한 처리 속도의 성능을 완화하면서, 단거리와 장거리를 모두 측정할 수 있도록 하였다. ADC 회로는 독자적인 구조를 채용함으로써 크기가 작고 소비 전력이 낮아졌으며, 기존에 비해 성능이 뛰어나고 크기가 작은 라이다 시스템을 구축할 수 있게 되었다.

 

▣ 거리 측정 알고리즘

○ 기존의 평균화 처리에서는 여러 가지 서로 다른 물체에서 레이저가 반사되어 오는 경우, 해상도가 떨어져 작은 물체를 감지하지 못하는 경우가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 레이저를 반사한 물체가 같은 것인지 아닌지 판별하여 같은 물체만 선택적으로 평균화 처리를 함으로써, 작은 물체를 감지할 수 있는 고해상 거리 측정 알고리즘 SAT(Smart Accumulation Technique)를 개발하였다.

 

○ 또한 라이다는 측정 가능한 거리에 물체가 없는 경우, 노이즈에 기반한 결과를 출력하여 오검출을 일으키곤 한다. 오검출을 없애기 위해 평균화 처리를 실시하면, 그 결과에 거리의 클러스터링이라 불리는 특유의 현상이 발생하여, 원거리에 있는 측정 대상물로부터 얻은 올바른 검지 데이터까지 삭제되어 버리는 문제가 있었다.

 

- 그래서 거리의 클러스터링을 분석하고, 클러스터의 크기와 신호의 세기로부터 출력된 거리 데이터의 정확함을 관계식으로 나타내고, 관계식에 근거하여 파라미터를 조절하는 방법을 개발하였다. 이로 인해 거리의 클러스터링 현상이 일어나는 것을 억제하면서 오검출을 배제하는 알고리즘을 확립하여, 오검출을 줄이는데 성공했다.

 

<그림2> 기존의 기술과 새로 개발된 SAT 기술의 비교

주) 기존의 평균화 처리에서는 검출하지 못했던 보행자 및 도로가, 새로 개발된 SAT 처리에서는 검출 가능

자료 : 도시바

 

<그림3> 기존의 기술과 새로 개발된 노이즈 제거 기술의 비교

주) 기존의 노이즈 제거 처리 기술에 비해 새로 개발된 노이즈 제거 처리는 대상물을 불필요하게 제거하지 않고 검출

자료 : 도시바

 

 

관련도서 :  [스마트센서 기술별 산업동향과 분야별 유망시장 분석 및 기술개발 사례]  보고서 상세 보기

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