라인 스캔 카메라의 "시그널 코드": 싱글-엔드 및 차동 신호에 대한 심층 분석

머신 비전 분야에서 라인 스캔 카메라는 마치 "초감각적인 눈"처럼 작용하며, 다양한 물체의 고정밀 검출과 식별이라는 중요한 임무를 수행합니다. 카메라 내부에서는 인코더의 트리거 연결 방식, 특히 싱글-엔드 신호와 차동 신호가 카메라의 성능에 있어 중요한 역할을 합니다. 그렇다면 과연 싱글-엔드 신호와 차동 신호란 무엇이며, 그 차이점과 장단점은 무엇일까요?

전통적이고 기본적인 신호 전송 방식으로서, 싱글-엔드 신호의 원리는 이해하기 쉽다. 이 방식은 하나의 신호선과 하나의 접지선을 조합하여 신호를 전달한다. 이 모드에서는 신호선이 전송할 신호를 담당하고, 접지선은 참조 전위를 제공하며 신호에 대한 기준을 설정한다. 이 방법은 구조가 간단해 초기 전자 장치에서 널리 사용되었다. 높은 집적도와 비교적 낮은 전력 소비로 인해 시장에서 대부분의 저전압 신호는 싱글-엔드 신호를 통해 전송된다. 그러나 그 장점이 되는 특징이 동시에 단점도 초래한다. 간단한 구조는 명확한 단점을 가지고 있다. 싱글-엔드 신호는 방해에 대한 저항력이 약하다. 복잡한 전자기 환경에서는 신호가 쉽게 방해받아 왜곡될 수 있으며, 이는 장치의 정상 작동에 영향을 미친다.

단일 종단 신호와 달리, 차동 전송은 더 정교한 설계 개념을 채택합니다. 차동 전송에서는 두 개의 신호선이 동시에 신호를 전송하며, 이 두 신호선의 신호는 동일한 진폭을 가지지만 위상은 반대입니다. 이러한 독특한 전송 방식은 차동 신호에 많은 뛰어난 장점을 부여합니다. 첫째, 매우 강력한 방해 저항 능력을 가지고 있습니다. 외부 방해가 발생할 때, 방해 노이즈는 두 신호선에 동일한 크기와 시간으로 추가됩니다. 그러나 원래 두 신호선의 신호는 위상이 반대이므로 방해 신호는 서로 상쇄되어 수신 단에서 얻은 신호는 방해의 영향을 받지 않습니다. 둘째, 차동 신호는 전자기 방해를 효과적으로 억제할 수 있습니다. 두 신호선이 매우 가까이 위치하고 있으며, 신호 진폭이 같고, 그들 사이와 지선 간의 결합된 전자기장의 진폭도 같으며, 신호 극성은 반대이므로 전자기장이 서로 상쇄되어 외부로 향하는 전자기 방해가 크게 줄어듭니다. 셋째, 차동 신호는 임계 전압과 신호 진폭 전압의 비율에 덜 영향을 받아 저진폭 신호 전송에서 더 나은 성능을 발휘합니다. 이를 통해 연속적이고 정확한 위치 결정을 달성할 수 있어, 매우 높은 정밀도가 요구되는 선형 스캔 카메라의 응용에서 명확한 우위를 보여줍니다.

그러나 차동 신호는 완벽하지 않습니다. extremely tight 회로 기판 공간의 경우 특정 제한 사항이 있습니다. 차동 신호는 두 라인이 동일한 길이, 동일한 너비, 가까운 간격을 유지하고 같은 레이어에 있어야 하기 때문입니다. 칩의 핀 피치가 매우 작아서 하나의 선만 통과할 수 있는 경우, 차동 신호는 정상적으로 사용할 수 없습니다. 한편, 단독 신호는 구조가 간단해 공간 활용 면에서 더 유연합니다.

실제 응용에서 라인 스캔 카메라가 신호 안정성과 정확도에 대한 높은 요구 사항을 고려할 때, 현재 대부분의 라인 스캔 카메라는 차동 신호 연결 방식을 사용하도록 선택하고 있습니다. 그러나 단일 종단(single-ended) 신호는 완전히 퇴출되지 않았습니다. 일부 신호 정확도 요구사항이 높지 않고 전자기 환경이 비교적 안정적인 상황에서는 여전히 저렴한 비용과 간단한 설계의 장점을 발휘할 수 있습니다. 단일 종단 및 차동 신호의 특징과 차이를 이해하는 것은 라인 스캔 카메라의 작동 원리를 깊이 이해하고 다양한 응용 시나리오에서 신호 전송 방법을 합리적으로 선택하는 데 큰 의미가 있습니다. 기술이 지속적으로 발전함에 따라 미래에는 더 선진화된 신호 전송 방법이 등장할 수 있습니다. 하지만 현재로서는 단일 종단과 차동 신호가 각자의 분야에서 여전히 중요한 역할을 하고 있습니다.