This paper proposes LiDAR SoC for autonomous vehicles. All modules such as Time-to-Digital converter (TDC), filter, read out circuit, etc. required for LiDAR system are implemented in a single chip. Two-step TDC method is applied to reduce histogram memory, and shift type peak detection and read out are proposed to propose an area efficient digital structure. The frame rate is 25 frame/s with the time resolution of 416 ps. In addition, VCSEL scanning arrays electronically implement scanning LiDAR system and enhancing reliability. The pixel and VCSEL array are designed with 200 x 102 and the pixel size is 38.6 um x 38.6 um. LiDAR SoC is fabricated by 110 nm CMOS process and the chip size is 8.8 mm x 8.2 mm.
본 논문은 자율주행 차량을 위한 초소형 LiDAR SoC를 제안한다. LiDAR 시스템에 필요한 픽셀 어레이, Time-to-digital converter (TDC), histogram, filter, read-out 회로 등 모든 모듈을 단일 칩에 구현하였다. Two-step TDC 방식을 적용하여 histogram 메모리를 대폭 줄였고, shift type의 peak detection 및 read out을 제안하여 면적 효율적인 디지털 histogram 구조를 제안하였다. 416 ps의 time resolution을 가지고 frame rate은 25 frame/s이다. 또한 VCSEL 스캐닝 어레이를 통해 모터와 같은 기계적인 장치 없이도 전자적으로 스캐닝 LiDAR를 구현하여, LiDAR 시스템의 부피를 줄이고 신뢰성을 높였다. 픽셀과 VCSEL 어레이는 200 x 102로 설계되었으며, 픽셀의 크기는 38.6 um x 38.6 um 이다. LiDAR SoC는 110 nm CMOS 공정을 통해 제작되었고 chip의 사이즈는 8.8mm x 8.2mm이다.