동상신호제거비 (Common-Mode Rejection Ratio)

한 줄 정의: 차동 증폭기나 계측 증폭기가 두 입력의 차이 신호를 증폭하는 정도에 비해, 두 입력에 동시에 실린 공통 신호를 얼마나 억제하는지를 나타내는 지표입니다.

쉽게 풀면

두 사람이 나란히 서서 같은 방향으로 함께 흔들리기도 하고, 서로 다른 방향으로 조금씩 움직이기도 한다고 생각해봅시다. 우리가 알고 싶은 것은 "둘이 얼마나 다르게 움직였는가"이고, "둘이 함께 흔들린 정도"는 관심 밖의 잡음입니다. 동상신호제거비는 이 회로가 함께 흔들린 부분(공통 신호)을 얼마나 잘 무시하고, 서로 다른 부분(차이 신호)만 잘 키워주는지를 숫자로 나타낸 값입니다. 이 값이 클수록 잡음에 강한 좋은 증폭기라고 볼 수 있습니다.

왜 중요한가

생체 신호 계측, 산업 센서, 통신 수신기 등 미세한 신호를 다루는 회로에서는 전원선이나 주변 환경에서 유입되는 공통 잡음이 많습니다. 동상신호제거비가 높은 회로일수록 이런 공통 잡음에 강인하기 때문에, 아날로그 IC 설계 논문에서 성능 지표로 매우 자주 인용됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"제안된 계측 증폭기는 넓은 주파수 대역에서 높은 동상신호제거비를 유지하는 것으로 측정되었다."

회로의 주파수 특성 전반에 걸친 잡음 억제 성능을 평가하는 문장입니다.

"전류 미러의 출력 저항을 증가시킴으로써 동상신호제거비를 개선할 수 있었다."

구체적인 회로 설계 변경이 동상신호제거비 향상으로 이어짐을 보여주는 예입니다.

조금 더 깊게 보면

동상신호제거비는 일반적으로 차동 이득을 동상 이득으로 나눈 비율로 정의되며, 데시벨 단위로 표현하는 경우가 많습니다. 실제 회로에서는 차동쌍의 소자 불일치와 전류원의 유한한 출력 저항이 동상 이득을 완전히 0으로 만들지 못하는 주된 원인이며, 주파수가 높아질수록 기생 성분의 영향으로 이 값이 저하되는 경향이 있습니다.

주의할 점

동상신호제거비는 특정 주파수나 조건에서 측정된 값이므로, 데이터시트나 논문의 수치를 볼 때는 측정 조건(주파수, 온도 등)을 함께 확인해야 다른 회로와 공정한 비교가 가능합니다.