차동 신호는 상보 신호를 두 선에 실어 보내고, 두 선의 전압 차로 논리 상태를 정하는 전송 방식이다. 차동 수신기는 이 전압 차를 보고 버스 상태를 판정한다.[1]
공통 모드 제거
공통 모드 전압은 두 선 전압의 평균이며, 차동 수신기는 이를 걸러 낸다. 수신기가 견디는 공통 모드 전압에는 범위가 있다. 예를 들어 SN65HVD23x는 버스의 공통 모드 전압이 −2 V에서 7 V까지일 때 수신 문턱을 지킨다.[1] ITU-T V.11(10/96)은 수신기가 공통 모드 전압 이 인 범위 전체에서, 차동 전압 가 이면 의도한 이진 상태를 올바르게 잡고, 의 극성이 바뀌면 반대 상태가 되도록 정한다.[2]
송신기와 수신기 사이의 접지 전위 차나 선에 결합된 잡음은 공통 모드로 나타난다. 공통 모드 범위 안이면 수신기는 이런 이동이 있어도 신호를 검출한다.[3] ITU-T V.11의 평형 회로가 동작하려면 수신단의 전체 공통 모드 전압이 첨두값으로 여야 한다. 이 공통 모드 전압은 송수신 접지 전위 차, 선에 유도된 잡음, 송신기의 직류 오프셋이 겹친 최악값이다.[2]
꼬임쌍선
DS90LV031A 데이터시트에 따르면 꼬임쌍선 같은 평형 케이블은 외부 전자기 방사를 차동 모드가 아닌 공통 모드 잡음으로 받아들이고, 수신기가 이를 걸러 낸다.[4] 차동 신호는 두 선에 크기가 같고 방향이 반대인 신호를 실어, 두 선이 만드는 장이 서로 상쇄되므로 잡음을 적게 방사한다.[5][6] 같은 데이터시트에 따르면 쌍의 두 배선이 가까울수록 이 상쇄가 커지고, 쌍 안의 스큐는 상쇄를 깨뜨려 EMI(Electromagnetic Interference)를 낳는다.[4]
SN65HVD23x의 전형적인 응용에서 CAN 버스는 특성 임피던스 120 Ω의 꼬임쌍선이다.[1] LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)의 전송 매체로는 꼬임쌍선, twinax, 평판 리본 케이블, PCB(Printed Circuit Board) 배선을 쓸 수 있다.[7]
쓰이는 곳
고속 CAN은 CAN_H와 CAN_L 두 선의 전압 차로 버스 상태를 나타낸다.[8] 트랜시버 SN65HVD23x는 dominant에서 두 선을 차동으로 구동하고, recessive일 때는 0.5 VCC로 바이어스만 한다.[1]
RS-485 수신기 THVD1450은 두 입력 선 A와 B의 로 출력을 정한다. 이때 다.[9]
차동 신호는 신호 하나에 선 두 개를 쓴다. 그래서 RS-485로 전이중 통신을 하려면 신호 쌍 두 개, 곧 선 네 개가 필요하다.[9]
LVDS도 차동 신호 방식이다. LVDS 드라이버의 차동 출력 전압은 100 Ω 부하에서 전형값 약 350 mV다.[7]
LVDS는 TIA/EIA-422B 같은 5 V 차동 표준보다 출력 전압 수준을 낮춰, 전력을 줄이고 스위칭 속도를 높인다.[7] ADI 앱노트에 따르면 LVDS는 출력 전압 폭이 작아서, 높은 데이터율을 낼 만큼 전이가 빠르면서도 슬루율은 지나치게 가파르지 않다.[10]
100BASE-T1 이더넷 트랜시버 DP83TC811R-Q1은 MDI(Medium Dependent Interface) 핀에서 양방향 차동 신호를 쓴다.[11]
단일 종단 신호와의 차이
TI LVDS 핸드북에 따르면 단일 종단 수신기는 신호선 하나의 접지 기준 전압으로 입력의 논리 상태를 해석한다.[12] ITU-T V.10의 불평형 회로는 불평형 송신기를 신호선 하나와 공통 귀환선으로 수신기에 잇는다. 신호선은 회로마다 하나씩 두고, 공통 귀환선은 방향마다 하나를 함께 쓴다. V.10은 송수신 접지 전위 차와 선에 결합된 잡음이 불평형 회로의 수신 신호에 영향을 준다고 보고, 이 영향을 줄이려고 공통 귀환선을 송신 쪽 단자에서만 접지하게 한다.[13]