신호 전송은 휴대폰, TV, 인터넷 등 일상 생활에서 매우 일반적입니다.

단일 종단 신호 전송은 우리가 대부분 사용하는 신호 전송 유형입니다.

단일 종단 신호는 하나의 신호 라인만을 사용하여 전송되는 신호를 나타냅니다. 단일 도체를 통해 신호를 전송하며 단일 종단 오디오 및 비디오 신호에 가장 일반적으로 사용됩니다. 예를 들어 헤드폰은 단일 종단 신호를 수신하는 장치입니다. 단일 종단 신호에서 신호는 기준 레벨이나 접지에 상대적인 전압이나 전류를 사용하여 인코딩되고 전송됩니다. 예를 들어, 접지 레벨보다 높은 전압은 논리 "1"을 나타내고, 접지 레벨보다 낮은 전압은 논리 "0"을 나타낼 수 있습니다. 이는 단일 종단 신호 전송으로 간단하지만 간섭에 매우 취약합니다.

시끄러운 환경에서 전화를 걸고 있다고 가정해 보겠습니다. 주변 소음이 통화에 방해가 되어 상대방이 귀하의 말을 명확하게 듣기 어렵게 만듭니다. 이는 신호 전송의 간섭이 전자기 간섭(EMI)이라는 점을 제외하면 단일 종단 신호 전송이 간섭을 받기 쉬운 방식과 유사합니다. 이 문제를 해결하는 방법? 대답은 차동 신호 전송을 사용하는 것입니다.

차동 신호는 두 개의 전선을 통해 두 개의 신호를 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 기술입니다. 이 두 신호는 진폭은 동일하지만 위상이 반대이며 차동 신호입니다. 그렇다면 이 접근 방식의 이점은 무엇입니까? 아래 다이어그램을 참조하십시오.

1. "송신자"(전송 끝)는 라인을 통해 신호를 보낼 때 두 개의 와이어를 사용하여 신호를 전송합니다. 아래쪽 와이어는 원래 신호를 전송하고 위쪽 와이어는 반전된 신호를 전송합니다.
2. 전송 중에 노이즈 신호("노이즈")가 발생하여 상단 및 하단 와이어의 신호에 중첩됩니다. 볼 수 있듯이 두 와이어의 신호는 동일한 변동을 나타냅니다.
3. "수신기"(수신 측)는 이 두 신호 간의 전압 차이를 비교하여 보낸 사람이 논리 0 또는 논리 1을 전송했는지 여부를 결정합니다. (디지털 통신에서 정보는 이진 형식으로 표현되고 전송됩니다. 즉, 서로 다른 기호나 데이터를 나타내기 위해 0과 1의 조합을 사용합니다.)

• 강력한 간섭 방지 기능: 간섭 잡음은 일반적으로 두 개의 차동 신호 선에 동일하게 동시에 적용되지만 수신기는 이 두 선 사이의 신호 차이에만 관심을 갖습니다. 따라서 잡음은 신호의 논리적 의미에 영향을 미치지 않으며 완전한 잡음 제거를 달성합니다.

  실제 적용: 고속 데이터 전송에서 차동 신호는 외부 전자기 간섭으로 인한 신호 왜곡을 효과적으로 줄여 데이터 정확성과 무결성을 보장합니다.

• 전자기 간섭(EMI)의 효과적인 억제: 두 개의 차동 신호선이 서로 가까이 배치되어 있고 동일한 신호 진폭을 갖기 때문에 각 선과 접지 사이에 결합된 전자기장도 동일한 진폭을 갖습니다. 동시에 신호 극성이 반대이므로 전자기장이 서로 상쇄됩니다. 따라서 차동 신호는 외부 세계에 대한 전자기 간섭을 덜 유발합니다.

  실제 적용: 차동 신호는 통신 및 신호 처리 시스템, 특히 자동차 전자 장치 및 항공 우주 분야와 같이 전자기 복사 및 간섭을 줄여야 하는 시나리오에서 널리 사용됩니다.

• 정확한 타이밍 포지셔닝: 차동 신호의 수신기는 두 와이어 간의 진폭 차이가 양에서 음으로(또는 그 반대로) 변하는 지점을 기준으로 논리 0/1 전환을 판단합니다. 이 방법은 신호 진폭 전압에 대한 임계 전압 비율의 영향을 덜 받기 때문에 단일 종단 신호(임계 전압 판단에 의존)보다 더 정확합니다. 따라서 진폭이 낮은 신호에 더 적합합니다.

  실제 적용: 고속 데이터 전송 및 정밀 측정에서 차동 신호의 정확한 타이밍 위치 지정은 데이터 동기화 및 정확한 처리를 보장하여 시스템 성능과 안정성을 향상시킵니다.

1. 단일 종단 신호와 비교하여 차동 신호는 동일한 정보를 전송하기 위해 두 개의 신호선이 필요합니다. 이는 동일한 양의 데이터를 전송할 때 차동 신호에 더 많은 신호 배선이 필요하므로 회로 연결 수가 증가하고 PCB(인쇄 회로 기판) 영역에 대한 수요가 증가한다는 것을 의미합니다.
2. 차동 트레이스는 동일한 길이, 동일한 폭, 근접성을 갖고 동일한 레이어에 위치하는 두 개의 와이어여야 합니다.
3. 공통 모드 신호 생성 위험: 차동 신호 설계가 부적절할 경우 신호선에서 공통 모드 신호가 생성될 수 있습니다. 공통 모드 신호는 EMI 문제를 증가시킬 뿐만 아니라 차동 신호의 전송 품질에도 영향을 미칠 수 있습니다.

차동 신호는 고품질 신호 전송 및 간섭 방지 기능이 필요한 다양한 시나리오에서 널리 사용됩니다. 다음은 몇 가지 주요 응용 분야입니다.

• 케이블 전송: 예를 들어 USB(Universal Serial Bus), HDMI(High-Definition Multimedia Interface), 이더넷(네트워크 케이블에 사용) 등 일반적인 케이블은 모두 차동 신호를 사용합니다. 이를 통해 신호 품질이 향상되고 간섭 방지 기능이 더욱 강화됩니다.
• 오디오 장비: 차동 신호는 소음을 줄이고 오디오 품질을 향상시킬 수 있기 때문에 전문 오디오 장비의 신호 전송에 널리 사용됩니다.
• 데이터 통신: 고속 데이터 통신(예: 서버 및 네트워크 장치)에서 차동 신호는 오류율을 줄이면서 더 높은 데이터 전송 속도를 제공할 수 있습니다.
• 의료 장비: 심전계(ECG), 뇌전도계(EEG) 등 높은 정밀도와 높은 신호 대 잡음비가 요구되는 일부 의료기기에서는 차동 신호도 널리 사용됩니다.
• 산업 제어 시스템: 전자파 간섭이 강한 산업 환경에서는 시스템의 신뢰성과 안정성을 향상시키기 위해 센서와 컨트롤러 간의 통신에 차동 신호가 사용되는 경우가 많습니다.

이는 차동 신호의 주요 응용 분야이지만 이에 국한되지는 않습니다. 차동 신호는 고품질 신호 전송 및 간섭 방지 기능이 필요한 모든 시나리오에서 사용할 수 있습니다.

요약하면, 차동 신호는 매우 효과적인 신호 전송 방법입니다. 강력한 간섭 방지 기능을 갖추고 있으며 전자기 간섭을 효과적으로 억제할 수 있으며 정확한 타이밍 위치 지정을 제공합니다. 배선에 특정 제한이 있지만 이는 많은 분야의 광범위한 적용에 영향을 미치지 않습니다.