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title: "차동 신호는 두 선의 무엇을 빼서 잡음을 줄일까"
author: "브레이브브라우저쓰자"
published_at: "2026-09-30T07:22:11.410Z"
updated_at: "2026-09-30T07:22:11.410Z"
tags: ["반도체","반도체 이론","공학","기술 해설","칩 공장"]
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# 차동 신호는 두 선의 무엇을 빼서 잡음을 줄일까

[원문](https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/%EC%B0%A8%EB%8F%99-%EC%8B%A0%ED%98%B8%EB%8A%94-%EB%91%90-%EC%84%A0%EC%9D%98-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%84-%EB%B9%BC%EC%84%9C-%EC%9E%A1%EC%9D%8C%EC%9D%84-%EC%A4%84%EC%9D%BC%EA%B9%8C)

## 함께 올라간 두 사람의 키 차이는 그대로다

같은 엘리베이터에 탄 두 사람은 층이 올라갈수록 지면에서 멀어진다. 그러나 두 사람의 키 차이는 바뀌지 않는다. 차동 신호도 비슷한 생각을 쓴다. 선 하나의 전압을 접지와 비교하는 대신, 두 입력 전압의 차이로 정보를 읽는다. 두 선이 함께 흔들리는 성분과 서로 달라지는 성분을 구분하는 것이다.

그렇다고 두 선이 각각 독립된 비트를 보내서 전송량이 두 배가 되는 방식은 아니다. 보통 하나의 정보를 두 선 사이의 차이에 담는다. 같은 간섭이 두 선에 비슷하게 들어오도록 배치하고, 수신기가 그 공통 성분을 잘 거부하게 만들면 작은 전압 차이도 읽기 쉬워진다. 배선과 수신 회로가 함께 만드는 이점이다.

## 차동 전압과 공통 전압을 따로 읽는다

수신기 입력에서 측정한 두 선의 전압을 V_P와 V_N이라고 하자. 각 전압은 수신기 쪽 기준 접지에 대해 잰 값이다. 두 값은 다음 두 성분으로 정리할 수 있다.

`V_diff = V_P − V_N`

`V_cm = (V_P + V_N) / 2`

V_diff는 차동 전압이고 V_cm은 공통 모드 전압이다. 설명용으로 한 선이 1.35 V, 다른 선이 1.05 V라면 차이는 0.30 V, 공통 모드는 1.20 V다. 두 선에 똑같이 0.10 V의 간섭이 더해지면 각각 1.45 V와 1.15 V가 된다. 공통 모드는 바뀌지만 차이는 여전히 0.30 V다. 이상적인 수신기는 이 공통 변화를 정보로 읽지 않는다.

두 전압의 높고 낮음이 서로 바뀌면 차동 값은 −0.30 V가 된다. 이 예에서 차동 전압의 두 끝값 사이는 0.60 V지만, 각 선의 전압 변화 폭은 0.30 V다. ‘신호 크기’라는 숫자를 읽을 때 단일 선인지 차동인지, 한쪽 진폭인지 peak-to-peak인지 확인해야 한다. [TI의 LVDS 설명](https://www.ti.com/lit/ug/snla187/snla187.pdf#page=9)은 작은 전압 차이와 전류 방향으로 비트를 전달하는 실제 구조를 보여 준다.

## 같은 잡음이 다르게 도착하면 뺄셈으로 사라지지 않는다

앞의 계산에는 중요한 조건이 있다. 간섭이 두 입력에 같은 크기와 같은 시각으로 도착해야 한다. 한 선에 100 mV, 다른 선에 80 mV가 더해지면 차동 성분에 20 mV가 남는다. 이 성분은 수신기가 읽으려던 정보와 같은 형태라서 단순히 ‘공통 잡음 제거’를 켜서 없앨 수 없다.

따라서 두 경로의 지연과 손실, 주변 도체와의 결합을 비슷하게 유지해야 한다. 선 길이만 같아도 한쪽에만 다른 비아나 커넥터 구조가 있으면 전기적으로 같지 않을 수 있다. 선폭과 간격, 기준면을 대칭적으로 유지하는 이유다. 수신 회로 자체의 두 입력도 완벽하게 같지는 않다. 공통 성분이 출력에 얼마나 남는지를 나타내는 공통 모드 제거비, CMRR은 유한하며 주파수에 따라서도 달라진다. [ADI의 공통 모드 오차 설명](https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/measuring-small-differential-voltages.html)은 저항 불일치뿐 아니라 시간 지연과 위상 차이도 원인으로 구분한다.

여기서 모든 외부 잡음이 자동으로 공통 성분이 되는 것은 아니다. 간섭원이 한 선 바로 옆에 있으면 두 선을 다르게 흔들 수 있다. 차동 연결은 잡음을 같은 방식으로 받기 유리하게 만드는 설계이지, 주변 배치를 무시해도 된다는 허가가 아니다.

## 차이만 읽어도 입력 범위와 돌아오는 길은 필요하다

두 선의 차이가 작아도 각각의 전압이 수신기의 허용 범위를 벗어나면 정상 동작을 보장할 수 없다. 큰 공통 전압 때문에 내부 회로가 포화될 수 있기 때문이다. 송신기와 수신기의 접지 전위 차이도 공통 모드를 이동시킨다. 차동 진폭 조건과 공통 모드 입력 범위를 별도로 맞춰야 하며, 허용 숫자는 인터페이스와 부품마다 다르다.

이상적인 두 도체의 차동 전류는 서로 반대 방향으로 흐르며 폐회로를 이룬다. 하지만 PCB 차동쌍도 기준면과 전자기장을 형성하고, 공통 모드 전류나 불균형이 생기면 그에 맞는 귀환 경로가 필요하다. 접지면을 끊거나 층 전환을 불균형하게 만들면 경로와 결합이 달라진다. [TI의 차동 배선 지침](https://www.ti.com/lit/an/slva531a/slva531a.pdf#page=14)은 차동쌍에도 연속적인 기준면과 균형 있는 경로가 필요함을 보여 준다.

두 선과 핀을 쓰는 공간, 경로의 대칭을 맞추는 비용을 들이는 대신 잡음에 대한 여유를 얻는다. 그 여유는 두 입력에 무엇이 함께 도착하고 무엇이 차이로 남는지, 그리고 수신기가 어느 범위에서 작동하는지에 달려 있다.