오랜만에 커밋

content/03.Note/차동 신호(Differential Signaling).md

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+id: 차동 신호(Differential Signaling) 20260504
+created: 2026-05-04 10:07
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+## 💡 생각  
+[[RS-232]]나 이더넷통신의 경우 전압의 차이의 해석이 핵심인데 이 전압에 여러 노이즈가 낄 수 있음.
+근데 이 노이즈도 결국 전압의 차이이고 노이즈가 +로 끼든 -로 끼든 상관없이 보정할 수 있는 방법이 바로 차동 신호기법인 것임.
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+## 📑 개념
+차동 신호는 **두 개의 신호선**을 사용하여 하나의 정보를 전달하는 전기적 신호 전송 방식입니다. 주로 고속 데이터 통신이나 노이즈가 많은 환경에서 신호의 무결성을 유지하기 위해 사용됩니다.
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+## ### 1. 기본 원리
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+일반적인 '싱글 엔디드(Single-ended)' 방식이 하나의 신호선과 접지(Ground) 사이의 전압 차를 이용한다면, 차동 신호는 **서로 반대되는 위상을 가진 두 신호**를 이용합니다.
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+- **V+ (Positive):** 원래의 신호
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+- **V- (Negative):** 원래 신호와 크기는 같지만 극성이 반대인 신호
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+수신 측에서는 이 두 신호의 차이($V_{diff} = V_+ - V_-$)를 측정하여 데이터를 복원합니다.
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+> [!note] 차동 신호(Differential Signaling)의 핵심 원리
+> ### 1. 신호를 보낼 때 (송신)
+> 
+> 데이터 `10`을 보내고 싶다고 가정해 보겠습니다. 이더넷은 선 두 개($A$선, $B$선)에 신호를 **반대로** 실어 보냅니다.
+> 
+> - **$A$선 (정위상):** $+10V$
+>     
+> - **$B$선 (역위상):** $-10V$
+>     
+> - 이때 두 선의 차이는 $10 - (-10) = \mathbf{20V}$가 됩니다. 이것이 우리가 보낸 진짜 데이터의 크기입니다.
+>     
+> 
+> ### 2. 중간에 노이즈가 끼어들 때 (간섭)
+> 
+> 랜선이 지나가는데 옆에 커다란 모터가 돌아서 **$+5V$만큼의 노이즈**가 발생했다고 칩시다. 중요한 건 이 노이즈는 **두 선에 똑같이** 영향을 준다는 점입니다. (선이 꼬여있기 때문이죠.)
+> 
+> - **$A$선:** $10V \text{(데이터)} + 5V \text{(노이즈)} = \mathbf{15V}$
+>     
+> - **$B$선:** $-10V \text{(데이터)} + 5V \text{(노이즈)} = \mathbf{-5V}$
+>     
+> 
+> ### 3. 신호를 받을 때 (수신 - 뺄셈의 마법)
+> 
+> 데이터를 받는 쪽에서는 $A$선에서 $B$선을 뺍니다.
+> 
+> $$(A \text{선}) - (B \text{선}) = 15V - (-5V) = \mathbf{20V}$$
+> 
+> 보이시나요? **결과값이 처음에 보냈던 차이값인 $20V$와 똑같이 나옵니다.** 노이즈 $+5V$가 양쪽에서 똑같이 더해졌기 때문에, 뺄셈을 하는 순간 서로 상쇄되어 사라져 버린 것입니다.
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+### 2. 왜 차동 신호를 사용하는가? (주요 장점)
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+#### 외부 노이즈에 강함 (Common-Mode Rejection)
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+차동 신호의 가장 큰 장점입니다. 두 신호선이 서로 밀착되어 전송되기 때문에, 외부에서 전기적 노이즈가 유입될 때 두 선 모두에 거의 동일한 양의 노이즈가 더해집니다. 이를 공통 모드 노이즈(Common-Mode Noise)라고 합니다.
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+- 수신단에서 두 신호를 빼는 과정($V_+ + Noise) - (V_- + Noise)$을 거치면, 동일하게 유입된 노이즈는 서로 상쇄되어 사라지고 순수한 신호만 남게 됩니다.
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+#### 전자기 방해(EMI) 감소
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+두 선에 흐르는 전류의 방향이 서로 반대이므로, 각 선에서 발생하는 자기장이 서로를 상쇄합니다. 결과적으로 주변 기기에 끼치는 전자기적 간섭이 줄어듭니다.
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+#### 낮은 전압으로도 고속 전송 가능
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+접지(Ground)를 기준으로 삼는 방식보다 신호의 스윙 폭을 작게 가져가도 노이즈에 강하기 때문에, 더 낮은 전압에서 더 빠르게 상태를 전환할 수 있습니다. 이는 전력 소모를 줄이고 속도를 높이는 데 유리합니다.