최근에 출판된 8-tap iToF 논문
우리 iToF와 다르게 continuous-wave (CW) signal 대신 short-pulse (SP) signal 이용
8-tap 구조를 보기 전에 간단한 2-tap 테스트 구조가 Fig. 1에 있다.
Photocarrier를 저장하는 영역은 n+이며, G1, G2 gate로 channel potential modulation을 통해 photocarrier가 transfer된다.
FD1으로 photocarrier를 transfer할때는 G1에 high voltage bias (0 V)를 가하고 potential gradient를 형성하기 위해 나머지 gate에는 low voltage bias를 가한다.
위 2-tap 구조와 같은 원리로 동작하는 8-tap인 구조 및 회로도는 Fig. 2에 나타나 있다.
각 tap은 각각의 FD 와 transfer gate로 구성되어 있으며, 4개의 drain으로 reset 동작을 한다.
Transfer mechanism
예를 들어, tap 1을 동작할때는 G1에 high voltage (0.0 V)를 가하고 나머지 modulation gate (G2-G8)과 drain gate 들은 low voltage (- 2.0 V)를 가한다. Fig. 3의 potential plot과 같이 각 gate timing에 맞춰 해당 tap에 photocarrier가 쌓이게 된다.
이때 중앙 PD 위에 위치한 GM은 - 1.0 V를 유지한다.
Fig 4. (a) 는 8개의 tap을 모두 일정하게 작동시키는 경우
(b)는 물체가 인식되는 구간 이후 tap들(G4-G8)을 signal light sampling에 이용, 이전 tap들(G1-G3)은 ambient light sampling에 이용된다.
Fig. 4에 나타난 순서대로 G1-G3을 통해 ambient light sampling 후 G4-G8을 통해 signal light sampling 한다.
어떤 물체에 반사하여 돌아오는 signal의 light intensity는 물체의 거리에 따라 달라지게 되는데 이는 조도가 거리의 제곱에 반비례하면서 줄어들기 때문에 wide-distance ranging에 어려움을 준다.
이러한 이슈를 개선하기 위해 depth-adaptive time-gating number assignment (DATA) 기법을 적용했는데, 가까운 거리에 위치한 물체에 따른 이른 signal saturation을 방지하는 동시에 먼 거리에 위치한 물체 대한 충분한 signal intensity를 확보하는 것이 목적이다.
Figure 5에 나타는 DATA timing diagram은 Fig. 4(b)와 같이 G4-G8 tap들만 이용하여 signal light를 sampling한 경우이다.
이러한 gate timing을 이용하면 ambient light 양이 동일하게 측정된다. 이 논문에는 DATA 기법에 대한 설명이 없어 이전 2020 논문 리뷰에 내용이 있다.
이어지는 내용으로 light pulse delay에 대한 response 측정 결과가 Fig. 7에 있다.
여기서 pulse width 는 10 ns, wavelength는 940 nm로 0 ~100 ns까지 0.3 ns step으로 각 tap (G1-G8)에서의 light pulse delay를 측정했다.
하지만, 여기서 0.3 nm 간격으로 delay를 측정하는 방법이 이해가 되지 않습니다. 이 데이터는 이 그룹의 이전 iToF 논문에 나온 설명을 참고해야 할 것 같습니다.
Figure 11과 같은 방법으로 1 m 부터 11.5 m까지 0.25 m 간격으로 같은 물체를 이동시키며 depth measurement를 했다.
이전에 발표된 iToF 소자들 중 가장 먼 거리인 11.5 m까지 측정할 수 있다는 결과를 보여준다.
