hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
밸런스트 라인
전기 통신 및 프로페셔널 오디오에서 밸런스트 라인(balanced line) 또는 밸런스트 신호 쌍(balanced signal pair)은 동일한 유형의 전기 전도체 두 개로 구성된 전기 회로로, 두 도체 모두 길이에 따라 온저항이 같고, 접지 및 다른 회로에 대해서도 마찬가지다. 밸런스트 라인 형식의 주요 장점은 변압기 또는 차동 증폭기와 같은 차동 장치에 공급될 때 공통 모드 잡음 및 간섭에 대한 우수한 제거 능력이다.
음향 녹음 및 재생에 널리 사용되는 밸런스트 라인은 밸런스트 오디오라고 불린다.
밸런스트 라인의 일반적인 형태는 무선주파수 통신에 사용되는 트윈 리드이다. 또한 전통적인 전화, 프로페셔널 오디오 또는 데이터 통신에 사용되는 연선도 일반적이다. 이들은 도체 중 하나가 접지에 연결되도록 설계된 동축 케이블과 같은 언밸런스트 라인 또는 도체 중 하나가 실제로 접지인 회로(참고: 접지 귀환 전신)와 대조된다. 밸런스 및 언밸런스트 회로는 발룬이라는 장치를 사용하여 인터페이스할 수 있다.
밸런스트 라인
밸런스트 라인을 구동하는 회로 자체도 밸런스의 이점을 유지하기 위해 밸런스를 맞춰야 한다. 이는 변압기 결합(리피팅 코일)을 통해 또는 단순히 각 도체의 임피던스를 밸런스하여 달성할 수 있다.
대칭 신호(각 레그에서 진폭은 같지만 극성은 반대인 신호)를 전달하는 라인은 종종 잘못되게 "밸런스트"라고 불리지만, 이는 실제로는 차동 시그널링이다. 밸런스트 라인과 차동 시그널링은 종종 함께 사용되지만, 동일한 것은 아니다. 차동 시그널링이 라인을 밸런스하게 만들지 않으며, 밸런스트 케이블의 잡음 제거가 차동 시그널링을 요구하지도 않는다.
밸런스트 라인 설명
밸런스트 라인을 통한 신호 전송은 외부 부유 전계로 인한 잡음이나 간섭의 영향을 줄인다. 모든 외부 신호원은 라인에 유도되는 공통 모드 신호만을 유도하는 경향이 있으며, 접지에 대한 밸런스된 온저항은 부유 전계로 인한 차동 픽업을 최소화한다. 도체는 원치 않는 잡음을 유도할 수 있는 외부 자기장에 각 도체가 동등하게 노출되도록 때때로 함께 꼬여 있다.
일부 밸런스트 라인에는 도입되는 잡음의 양을 줄이기 위한 정전기 차폐도 있다. 케이블은 종종 호일, 구리선 또는 구리 편조로 감싸져 있다. 이 차폐는 RF 간섭에 대한 내성을 제공하지만 자기장에 대한 내성은 제공하지 않는다.
일부 밸런스트 라인은 자기장 내성을 제공하기 위해 4도체 스타 쿼드 케이블을 사용한다. 케이블의 기하학적 구조는 자기장이 밸런스 회로의 양쪽 레그에 동일한 간섭을 일으키도록 보장한다. 이 밸런스된 간섭은 변압기 또는 밸런스 차동 수신기로 쉽게 제거할 수 있는 공통 모드 신호이다.
밸런스트 라인 설명
밸런스트 라인은 차동 수신기가 공통 모드 간섭을 제거하여 연결의 잡음을 줄일 수 있도록 한다. 라인은 접지에 대해 동일한 온저항을 가지므로 간섭 필드나 전류는 두 전선에 동일한 전압을 유도한다. 수신기는 전선 간의 차이에만 반응하므로 유도된 잡음 전압의 영향을 받지 않는다. 밸런스트 라인이 언밸런스 회로에 사용되면, 각 도체와 접지 사이의 임피던스가 달라지므로, 별도의 도체에 유도된 전류는 접지에 대해 다른 전압 강하를 일으켜 전압 차이를 생성하고, 라인을 잡음에 더 취약하게 만든다. 연선의 예로는 카테고리 5 케이블이 있다.
언밸런스트 라인과 비교하여 밸런스트 라인은 거리당 잡음 양을 줄여 더 긴 케이블 길이를 실용적으로 만든다. 이는 전자기 간섭이 두 신호 모두에 동일하게 영향을 미치기 때문이다. 한 신호가 다른 신호에서 빼지는 전송 경로 끝에서 두 신호 간의 유사성은 자동으로 제거된다.
밸런스트 라인 전화 시스템
밸런스트 라인의 첫 번째 적용은 전화선이었다. 전신 시스템(본질적으로 디지털)에서는 거의 중요하지 않던 간섭이 전화 사용자에게는 매우 방해가 될 수 있었다. 초기 형식은 두 개의 단일선 언밸런스 전신선을 가져와 쌍으로 사용하는 것이었다. 그러나 이는 동일한 경로를 사용하는 경향이 있는 송전의 성장으로 인해 불충분하다는 것이 입증되었다. 몇 마일 동안 전력선 옆에 놓인 전화선은 필연적으로 한쪽이 다른 쪽보다 전력선에 더 가까이 있기 때문에 한쪽 다리에 더 많은 간섭이 유도될 것이다. 이 문제는 몇 백 야드마다 두 다리의 위치를 교차 지점으로 바꾸어 해결되었으며, 이로써 두 다리 모두 동일한 간섭이 유도되고 공통 모드 제거가 작동하도록 보장했다. 전화 시스템이 성장함에 따라 공간을 절약하고 악천후 시 성능 저하를 피하기 위해 개방형 전선 대신 케이블을 사용하는 것이 선호되었다. 밸런스 전화 케이블에 사용된 케이블 구조는 연선이었지만, 이는 중계기 증폭기가 출시될 때까지 널리 보급되지 않았다. 증폭되지 않은 전화선의 경우, 연선 케이블은 최대 30km까지만 가능했다. 반면에 낮은 정전 용량을 가진 개방형 전선은 엄청난 거리에 사용되었는데, 가장 긴 것은 1893년에 건설된 뉴욕에서 시카고까지 1500km였다. 부하 코일은 케이블로 달성할 수 있는 거리를 개선하는 데 사용되었지만, 문제는 1912년에 증폭기가 설치되기 시작할 때까지 최종적으로 극복되지 않았다.:323 연선 밸런스트 라인은 여전히 각 가입자의 구내를 해당 교환국에 연결하는 가입자선에 널리 사용된다.:314–316
밸런스트 라인 전화 시스템
전화 간선선, 특히 주파수 분할 다중화 캐리어 시스템은 일반적으로 2선 회로가 아닌 4선 회로이며(또는 광섬유가 널리 보급되기 전까지는 그랬다) 다른 종류의 케이블을 필요로 한다. 이 형식은 도체를 두 쌍으로 배열해야 하는데, 한 쌍은 송신(가는) 신호용이고 다른 쌍은 반환 신호용이다. 이 종류의 전송에서 가장 큰 간섭원은 일반적으로 가는 회로와 반환 회로 자체 사이의 누화이다. 가장 일반적인 케이블 형식은 스타 쿼드이며, 여기서 대각선으로 반대편 도체가 쌍을 이룬다. 이 기하학적 구조는 두 쌍 사이의 최대 공통 모드 제거를 제공한다. 다른 형식은 서로 다른 피치로 꼬인 두 개의 연선으로 구성된 DM(Dieselhorst-Martin) 쿼드이다.:320
밸런스트 라인 오디오 시스템
밸런스트 라인의 예는 전문가용 시스템에서 마이크로폰을 오디오 믹서에 연결하는 것이다. 전통적으로 다이내믹 마이크와 콘덴서 마이크 모두 변압기를 사용하여 차동 모드 신호를 제공했다. 현대 다이내믹 마이크의 대다수에서 여전히 변압기가 사용되지만, 최근의 콘덴서 마이크는 전자 구동 회로를 사용할 가능성이 더 높다. 각 다리는 신호에 관계없이 접지에 대해 동일한 임피던스를 가져야 한다. 페어 케이블(스타 쿼드와 같은 페어 파생물)은 밸런스 임피던스를 유지하는 데 사용되며, 코어의 밀착 꼬임은 모든 간섭이 두 도체에 공통적으로 발생하도록 보장한다. 수신단(보통 오디오 믹서)이 라인 밸런스를 방해하지 않고 공통 모드(잡음) 신호를 무시하고 차동 신호를 추출할 수 있다면 시스템은 유도된 간섭에 대해 탁월한 내성을 가질 것이다.
밸런스트 라인 오디오 시스템
마이크로폰과 같은 일반적인 전문가용 오디오 소스는 3핀 XLR 단자를 가지고 있다. 하나는 실드 또는 섀시 접지에 연결되고, 다른 두 개는 신호 도체용이다. 신호선은 동일한 신호의 두 복사본을 반대 극성으로 전달할 수 있지만(차동 시그널링) 반드시 그럴 필요는 없다. 이들은 종종 "핫(hot)" 및 "콜드(cold)"라고 불리며, AES14-1992(r2004) 표준 [및 EIA 표준 RS-297-A]은 변환기에서 양압으로 인해 양의 신호를 전달하는 핀을 '핫'으로 간주해야 한다고 제안한다. 핀 2는 '핫' 핀으로 지정되었으며, 이 지정은 시스템의 나머지 부분에서 일관된 극성을 유지하는 데 유용하다. 이 도체들은 소스에서 목적지까지 동일한 경로를 이동하므로, 모든 간섭이 두 도체에 동일하게 유도된다는 가정이 있다. 신호를 수신하는 장치는 두 신호 간의 차이를 비교하여(종종 전기 접지를 무시하고) 유도된 전기 잡음을 무시할 수 있도록 한다. 유도된 잡음은 각 밸런스 신호 도체에 동일한 양과 동일한 극성으로 존재하므로, 두 신호 간의 차이는 변하지 않을 것이다. 원하는 신호에서 유도된 잡음을 성공적으로 제거하는 것은 부분적으로 밸런스 신호 도체가 동일한 양과 유형의 간섭을 수신하는지에 달려 있다. 이는 일반적으로 밸런스 신호 전송에 사용되는 꼬임, 편조 또는 공동 피복 케이블로 이어진다.
밸런스트 라인 밸런스 및 차동
밸런스트 라인에 대한 많은 설명은 대칭 신호(즉, 크기는 같지만 극성은 반대인 신호)를 가정하지만, 이는 두 개념을 혼동하게 할 수 있다. 즉, 신호 대칭과 밸런스트 라인은 서로 완전히 독립적이다. 밸런스트 라인에서 필수적인 것은 드라이버, 라인 및 수신기에서 두 도체에 동일한 임피던스를 갖는 것이다(임피던스 밸런싱). 이러한 조건은 외부 잡음이 라인의 각 레그에 동일하게 영향을 미치도록 보장하고, 따라서 수신기에 의해 제거되는 공통 모드 신호로 나타나게 한다. 각 레그 간에 탁월한 공통 모드 임피던스 밸런싱을 제공하지만 대칭 신호를 제공하지 않는 밸런스 구동 회로가 있다. 대칭 차동 신호는 헤드룸과 관련이 있으며 간섭 제거에 필수는 아니다.
밸런스트 라인 발룬
밸런스트 라인과 언밸런스트 라인을 연결하려면 발룬이 필요하다. 예를 들어, 발룬은 라인 레벨 오디오 또는 E-캐리어 레벨 1 신호를 동축 케이블(언밸런스)을 통해 카테고리 5 케이블 300 피트 (91 m) 길이로 전송하는 데 사용될 수 있으며, CAT5 케이블의 양 끝에 한 쌍의 발룬을 사용한다. 신호가 밸런스트 라인을 통해 이동하면 잡음이 유도되어 신호에 추가된다. CAT5 라인은 신중하게 임피던스 밸런스가 맞춰져 있으므로 잡음은 두 도체에 동일한(공통 모드) 전압을 유도한다. 수신단에서 발룬은 두 도체 간의 전압 차이에만 반응하므로, 경로를 따라 유입된 잡음을 제거하고 원래 신호를 그대로 유지한다.
한때 흔했던 무선주파수 발룬의 적용은 텔레비전 수신기의 안테나 단자에서 찾을 수 있었다. 일반적으로 300옴 밸런스 트윈 리드 안테나 입력은 케이블 TV 시스템의 동축 케이블에 발룬을 통해서만 연결될 수 있었다.
밸런스트 라인 특성 임피던스
전송선로의 특성 임피던스 는 높은 주파수 작동에서 중요한 매개변수이다. 병렬 2선 전송선로의 경우,
여기서 은 전선 중심 사이 거리의 절반, 은 전선 반경, , 는 각각 주변 매질의 투자율 및 유전율이다. 전선 간격이 전선 반경보다 훨씬 크고 자기 재료가 없을 때 유효한 일반적으로 사용되는 근사치는 다음과 같다.
여기서 은 주변 매질의 비유전율이다.
밸런스트 라인 송전선
송전에서 삼상 전력 전송에 사용되는 세 도체는 세 선 전압의 순간 합이 명목상 0이므로 밸런스트 라인이라고 불린다. 그러나 이 분야에서의 밸런스는 소스 및 부하의 대칭을 의미하며, 전기 통신에서 의미하는 라인 자체의 임피던스 밸런스와는 무관하다.
철도의 전철화에 사용되는 단상 전력 전송의 경우, 두 도체가 동위상 및 역위상 전압을 전달하여 라인이 밸런스를 이룬다.
각 극이 접지에 대해 동일한 전압으로 작동하는 양극식 HVDC 라인도 밸런스트 라인이다.
8250 UART
8250 UART(UART)는 직렬 통신 인터페이스 구현을 위해 설계된 집적 회로이다. 이 부품은 원래 내셔널 세미컨덕터 코퍼레이션에서 제조했다. PC 및 프린터 또는 모뎀과 같은 관련 장비에 일반적으로 사용되었다. 8250은 온칩 프로그래밍 가능한 비트레이트 생성기를 포함하여 일반적인 비트레이트와 특수 목적의 비트레이트 모두에 사용할 수 있었고, 임의의 결정 진동자 참조 주파수로부터 정확하게 파생될 수 있었다.
이 칩 지정에는 동일한 칩 시리즈의 이후 버전에 대한 접미사 문자가 붙는다. 예를 들어, 원래 8250은 일부 버그를 수정한 8250A 및 8250B 버전이 곧 출시되었다. 특히, 원래 8250은 첫 번째 전송 시도 중에 CTS 라인이 비동기적으로 활성화되면 문자의 전송을 반복할 수 있었다.
높은 수요로 인해 다른 제조업체들도 곧 호환 칩을 제공하기 시작했다. 웨스턴 디지털은 Async Communications Interface Adapter (ACIA) 및 Async Communications Element (ACE)라는 이름으로 WD8250 칩을 제공했다.
8250 UART
IBM PC/AT 시리즈 컴퓨터에 일반적으로 사용되는 16450(A) UART는 더 높은 직렬 회선 속도를 허용하여 8250을 개선했다.
OS/2, 윈도우 NT 또는 다양한 종류의 유닉스와 같은 PC 하드웨어에 다중작업 운영 체제가 도입되면서 문자 단위 인터럽트 요청을 처리하는 데 사용할 수 있는 짧은 시간이 문제가 되었다. 따라서 IBM PS/2 직렬 포트는 수신 문자를 수집하기 위한 16바이트 FIFO 또는 버퍼 메모리가 내장된 16550(A) UART를 도입했다.
이후 모델들은 더 큰 메모리를 추가하고, 더 높은 속도를 지원하며, 하나의 칩에 여러 포트를 결합했으며, 결국 현재 일반적으로 사용되는 슈퍼 I/O 회로의 일부가 되어 PC 메인보드에 대부분의 입출력 로직을 통합했다.
8250 UART 블록
회선 인터페이스는 다음으로 구성된다.
SOUT, SIN, /RTS, /DTR, DSR, /DCD, /CTS, /RI
클럭 인터페이스:
XIN, XOUT, /BAUDOUT, RCLK
컴퓨터 인터페이스:
D0..D7, /RD, /WR, INTRPT, MR, A0, A1, A2, ADS, WR, RD, /CS2, CS1, CS0
인터럽트 라인은 다음 이벤트 중 하나가 발생할 때 (IER 비트가 활성화된 경우) 높음으로 트리거된다. 수신기 라인 상태, 수신 데이터 사용 가능, 송신기 홀딩 레지스터 비어 있음, MODEM 상태. 인터럽트 신호는 적절한 인터럽트 서비스 또는 리셋 작업(MR을 통해) 시 낮음 레벨로 재설정된다.
8250 UART 역사
8250 UART는 적어도 1978년부터 여러 8비트 컴퓨터에 사용되었다.
IBM은 IBM PC (1981)에 8250 UART를 사용했다. 8250A 및 8250B 개정판이 나중에 출시되었고, 16450은 IBM PC/AT (1984)와 함께 도입되었다.
출시 버전 간의 주요 차이점은 최대 통신 속도였다.
IBM은 인텔 칩에 내부 비트레이트 생성기가 없었기 때문에 직렬 포트 어댑터에 인텔 8251을 사용하기를 거부했고, 어댑터는 더 복잡하고 비용이 많이 들게 되었다. 나중에 IBM은 "동기 통신 어댑터"를 개발했지만 인기가 없었다.
내셔널 인스트루먼츠
내셔널 인스트루먼츠 코퍼레이션(National Instruments Corporation), 약칭 NI는 미국계 다국적 기업으로, 텍사스, 오스틴에 본사를 두고 전 세계적으로 사업을 운영한다. 이 회사는 자동화된 테스트 장비, 반도체 생산 장비, 가상 계측 소프트웨어의 제조사이다. 일반적인 응용 분야로는 (DAQ), 계측기 제어, 시스템 관리, 기계 학습 및 비전 등이 있다. 에머슨 일렉트릭에 인수된 후, NI는 2023년 10월부터 에머슨의 테스트 및 측정 사업부로 운영되고 있다.
2022년 이 회사는 전 세계 35,000개 이상의 기업에 제품을 판매했으며, 매출은 16억 6천만 미국 달러를 기록했다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
1970년대 초, 제임스 트루차드, 제프 코도스키, 빌 나울린은 텍사스 대학교 오스틴 응용 연구소에서 근무하고 있었다. 미국 해군 프로젝트를 수행하는 동안, 그들은 초기 컴퓨터 기술을 활용하여 데이터를 수집하고 분석했다. 당시의 데이터 수집 방법이 미흡하다고 판단한 세 사람은 이 목적을 위한 새로운 제품을 만들기로 결정했다. 1976년, 그들은 트루차드의 차고에서 일하면서 회사를 설립했다. 그들은 처음에는 Longhorn Instruments와 Texas Digital과 같은 이름으로 법인화를 시도했지만 거부되었다. 결국 그들은 National Instruments라는 이름으로 정착했다.
인터퍼스트 은행에서 10,000달러의 대출을 받아 이들은 PDP-11/04 미니컴퓨터를 구입하고 이를 위한 GPIB 인터페이스를 설계 및 구축하는 첫 프로젝트에 착수했다. 이들의 첫 판매는 샌안토니오의 켈리 공군 기지에 대한 전화 판매에서 비롯되었다. 당시 세 명의 창업자는 여전히 텍사스 대학교에서 근무하고 있었다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
1977년, 그들은 주문, 청구 및 고객 문의를 처리하는 책임이 있는 최초의 정규직 직원인 킴 해리슨-호젠을 고용했다. 그 해 말까지 그들은 세 개의 보드를 판매했으며, 추가 비즈니스를 장려하기 위해 회사는 PDP-11 미니컴퓨터 사용자 15,000명에게 메일러를 제작 및 배포했다. 판매가 증가하기 시작하자, 1978년에 그들은 오스틴의 9513 버넷 로드에 있는 600평방피트의 전용 사무실 공간으로 이전할 수 있었다.
1970년대 말, 회사는 40만 달러의 주문을 기록하여 6만 달러의 이익을 올렸다. 1980년, 트루차드, 코도스키, 나울린은 내셔널 인스트루먼츠에 전념하기 위해 직장을 그만두었다. 그 해 말, 그들은 회사를 더 큰 사무실로 옮겨 5,000 제곱피트 (500 m2)의 사무실 공간을 임대했다. 수익 창출을 돕기 위해 회사는 연료 펌프 신용카드 시스템과 미국 해군 음파 탐지기 음향 테스트를 위한 파형 발생기를 포함한 수많은 특별 프로젝트를 수행했다. 1981년, 회사는 100만 달러 매출을 달성했으며, 이로 인해 1982년에는 10,000-제곱피트 (1,000 m2) 사무실로 이전했다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
1983년, 내셔널 인스트루먼츠는 IBM PC에 기기를 연결하기 위한 첫 GPIB 보드를 개발했다. 매킨토시 컴퓨터의 등장으로 코도스키는 텍사스 대학교의 학생 연구원들의 도움을 받아 새로운 인터페이스를 활용하는 방법에 대한 연구를 시작했다. 이로 인해 NI의 대표 제품인 매킨토시 컴퓨터용 LabVIEW 그래픽 개발 플랫폼이 1986년에 출시되었다. 이 소프트웨어는 엔지니어와 과학자들이 텍스트 기반 코드를 입력하는 대신 아이콘을 "연결"하여 그래픽으로 프로그래밍할 수 있게 한다. 다음 해에는 LabWindows로 알려진 LabVIEW 버전이 DOS 환경용으로 출시되었다.
1986년까지 회사는 100명의 직원을 고용했다. 다음 해인 1987년, NI는 도쿄에 첫 해외 지사를 열었다.
직원 수가 늘어나 임대 중인 건물 거의 전체를 차지하게 되자, NI는 1990년에 6504 브릿지 포인트 파크웨이의 새 건물로 이전했으며, 이 건물은 1991년에 회사가 매입했다. 루프 360 다리 근처의 오스틴 호수를 따라 위치한 이 건물은 "실리콘 힐스 = 브릿지 포인트"로 알려지게 되었다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
NI는 1991년 LabVIEW에 대한 첫 특허를 받았다. 같은 해 후반에 계측기용 신호 조절 확장(SCXI)을 도입하여 PC의 신호 처리 기능을 확장했고, 1992년에는 LabVIEW가 Windows 기반 PC 및 유닉스 워크스테이션용으로 처음 출시되었다. NI는 또한 내셔널 인스트루먼츠 얼라이언스 파트너 프로그램을 만들었다. 1993년, 회사는 연간 매출 1억 달러의 이정표를 달성했다. C/C++ 프로그래머를 유치하기 위해 그 해 후반에 NI는 LabWindows/CVI를 도입했다. 다음 해에는 한 직원이 비교적 새로운 월드 와이드 웹을 실험하여 회사의 첫 웹 페이지인 natinst.com을 개발했다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
회사는 약 136,000-제곱피트 (12,600 m2) 규모의 캠퍼스에서 공간 부족을 겪기 시작했다. 1994년, NI는 오스틴 북부의 노스 모팩 대로를 따라 위치한 72-에이커 (290,000 m2) 부지에 새 캠퍼스 건설을 시작했다. 이때까지 NI는 1,000명의 직원을 보유하게 되었다. 1998년에 문을 연 새 NI 캠퍼스는 직원 친화적으로 설계되었다. 농구 및 배구 코트, 직원 체육관, 캠퍼스 전체를 아우르는 산책로를 포함한 전용 "놀이" 공간이 있다. 캠퍼스의 각 건물은 창문으로 둘러싸여 있으며 개방형 평면도를 특징으로 한다. 직원들이 CEO를 부르는 "닥터 T"는 개방형 큐비클에 앉아 있으며 지정된 주차 공간이 없다. 직원들은 보상 패키지의 일부로 비상장 회사 주식을 부여받았다. 회사가 1995년에 상장하기로 결정했을 때, 300명 이상의 현직 및 전직 직원들이 주식을 소유하고 있었다. 회사는 NATI로 나스닥 거래소에 상장되었다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
1990년대 후반에 이 회사는 공급업체 정의 계측기를 맞춤형 PC 기반 시스템으로 대체할 수 있는 고급 DAQ 보드를 제공했다. 회사가 조지타운 시스템 룩아웃 소프트웨어를 인수한 후, NI 제품은 공장 현장에서 실행되는 애플리케이션에 더욱 통합되었다. 1996년까지 회사는 연간 매출 2억 달러를 달성했으며 포브스 매거진의 200대 중소기업 목록에 선정되었다. 다음 몇 년 동안 NI는 머신 비전 소프트웨어 및 하드웨어를 출시했다. 또한 NI는 모듈형 측정 및 자동화를 위한 개방형 산업 표준인 CompactPCI 기반 PXI와 대량 생산 테스트 추적을 위한 NI TestStand를 도입했다.
회사가 ni.com 도메인을 인수한 후 웹 기술에 투자하기 시작하면서 사용자 트래픽과 전자상거래 활동이 크게 증가했다. 이들은 NI 개발자 존을 도입하여 최종 사용자 개발자가 예제 프로그램, 샘플 코드 및 개발 팁에 접근할 수 있게 했으며, 사용자 및 NI 직원을 위한 포럼도 제공했다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
2000년대에 NI는 데브레첸, 헝가리에 144,000-제곱피트 (13,400 m2) 규모의 제조 공장을 열어 대부분의 제조를 해외로 수출하기 시작했다. NI는 현재 생산량의 거의 90%를 데브레첸에서 제조하며 지난 10년 동안 여러 번 확장했다. 2011년, 정부의 수백만 달러 보조금으로 NI는 데브레첸의 생산량을 약 20% 늘렸다. 최첨단 자동화 공정 덕분에 인력은 2%만 증가했다. 2002년, 회사는 모팩 캠퍼스에 379,000-제곱피트 (35,200 m2) 규모의 빌딩 C를 헌정했으며, 이는 회사의 R&D 운영 본부가 되었다. 이 건물 완공과 함께 NI 캠퍼스는 마침내 오스틴 기반의 모든 직원을 한 곳으로 옮길 충분한 수용력을 갖추게 되었다.
주요 회사 모델은 (B2C)였다. 2006년까지 NI는 유럽에 21개, 아시아/태평양 지역에 12개, 아메리카, 아프리카, 중동에 추가 영업 사무소를 열었다. 연구 개발 센터는 미국, 독일, 인도, 루마니아, 중화인민공화국, 캐나다, 말레이시아에 위치해 있다.
2005년 NI는 저가 데이터 수집 제품 공급업체인 메저먼트 컴퓨팅(Measurement Computing)을 인수했다.
내셔널 인스트루먼츠 역사
2013년 1월, 내셔널 인스트루먼츠는 Digilent Inc.의 모든 발행 주식을 인수했으며, Digilent Inc.는 완전 소유 자회사가 되었다. Digilent는 2000년 워싱턴 주립 대학교 전기 공학 교수 클린트 콜과 진 애퍼슨이 설립했으며, 대학에 테스트 및 개발 제품을 판매하는 다국적 기업으로 성장했다. Digilent는 개방형 표준 Pmod 인터페이스를 개발했다.
2020년 6월 16일, 내셔널 인스트루먼츠는 공식적으로 회사 이름을 "NI"로 변경한다고 발표했다. 2021년 5월 4일, NI는 선진 운전자 지원 시스템(ADAS) 및 자율 주행 차량 개발을 위한 시뮬레이션 소프트웨어 제공업체인 monoDrive를 인수했다고 발표했다. 2022년 3월, NI가 로젠하임에 본사를 둔 Heinzinger Electronic GmbH의 전기 자동차 시스템 사업부인 Heinzinger Automotive GmbH 인수를 완료했다고 발표되었다.
NI 인수를 위한 수개월간의 협상이 실패한 후, 산업 대기업 에머슨 일렉트릭은 2023년 초에 주주들에게 직접 호소하며 적대적 인수 제안을 시작했다. 2023년 4월, NI는 82억 미국 달러 전액 현금 거래로 매각되는 데 동의했다. 이 거래는 2023년 10월에 완료되었다. 에머슨 내에서 NI는 현재 텍사스주 오스틴에 본사를 둔 Test & Measurement 사업부로 운영된다.
내셔널 인스트루먼츠 제품
내셔널 인스트루먼츠의 엔지니어링 소프트웨어는 다음과 같다.
내셔널 인스트루먼츠의 하드웨어 플랫폼은 다음과 같다.
내셔널 인스트루먼츠 그룹
내셔널 인스트루먼츠 일렉트로닉스 워크벤치 그룹은 NI Multisim 및 NI Ultiboard와 같은 전자회로 설계 소프트웨어 개발을 담당한다. 이전에 캐나다 기반 회사였던 이 그룹은 MultiSIM을 처음 생산하고 ULTIboard와 통합했다.
내셔널 인스트루먼츠 그룹
인터랙티브 이미지 테크놀로지는 온타리오, 토론토에서 조 코닉(Joe Koenig)에 의해 설립되었으며, 교육용 영화 및 다큐멘터리 제작을 전문으로 한다. 온타리오주 정부가 대학에서 전자공학 교육을 위한 교육 도구를 필요로 했을 때, 이 회사는 일렉트로닉스 워크벤치(Electronics Workbench)라는 회로 시뮬레이터를 만들었다. 1996년, 인터랙티브 이미지 테크놀로지는 부사장 로이 브라이언트(Roy Bryant)를 최고운영책임자(COO)로 임명하여 회사의 일상 업무를 감독하고 회사의 (EDA) 제품을 성장시켰다. 브라이언트는 "회사의 일렉트로닉스 워크벤치 EDA 제품 개발 및 마케팅을 감독한" 공로를 인정받는다. 1998년, 이 회사는 네덜란드 나르던의 또 다른 전자 설계 자동화 회사인 Ultimate Technology와 전략적 제휴를 맺었다. Ultimate Technology는 자사의 패키지 ULTIboard로 인쇄 회로 기판 설계 소프트웨어 분야에서 유럽 시장을 선도하는 기업이었다. 일렉트로닉스 워크벤치와 마찬가지로 창립자 제임스 포스트(James Post)는 유럽 전자 잡지를 통해 18만 개의 데모 플로피 디스크를 배포하여 홍보 명성을 얻었다.
1999년에 이 회사들은 합병하여 가장 잘 알려진 제품인 Electronics Workbench의 이름을 따서 개명했다. 그 후 제품 라인에는 회로도 캡처 소프트웨어, MultiSIM 시뮬레이션 프로그램, 그리고 인쇄 회로 기판 설계 도구인 Ultiboard가 포함되었다.
2005년, 이 회사는 내셔널 인스트루먼츠에 인수되어 내셔널 인스트루먼츠 일렉트로닉스 워크벤치 그룹으로 다시 브랜드화되었다.
내셔널 인스트루먼츠 커뮤니티
1995년부터 NI는 오스틴에서 연례 개발자 컨퍼런스인 NIWeek를 개최해왔다. 일주일간 진행되는 이 행사는 오스틴 컨벤션 센터에서 열렸으며, NI 직원과 외부 연사들의 발표를 특징으로 한다. 전시 홀에서는 선정된 산업 통합업체 및 공급업체가 제품을 선보이며, 고객과 대학생들이 NI 도구를 활용한 작업에 대한 논문을 발표한다.
1996년 춘계 천황상
1996년 춘계 천황상은 중앙경마의 G1급 중상경주 천황상의 113번째 대회이자 춘계(봄) 천황상의 57번째 대회로, 1996년 4월 21일에 교토 경마장에서 개최되었다.
사쿠라 로렐이 나리타 브라이언 등을 제치고 우승을 차지했다.
1996년 춘계 천황상 출전마 정보
출전마의 연령 표기는 구 표기를 따르며, 본 경주에 출전한 모든 경주마는 수컷이다.
16550 UART
16550 UART(범용 비동기 송수신기)는 직렬 통신 인터페이스 구현을 위해 설계된 집적 회로이다. 수정된 -A 버전은 1987년 내셔널 세미컨덕터에 의해 출시되었다. 이는 IBM PC 호환 개인용 컴퓨터의 직렬 포트를 구현하는 데 자주 사용되며, 모뎀, 직렬 마우스, 프린터 및 유사한 주변 장치를 위한 RS-232 인터페이스에 연결되는 경우가 많다. 1987년 출시된 IBM PS/2 라인에 사용된 최초의 직렬 칩이었다.
이 부품은 원래 내셔널 세미컨덕터에서 만들었다. 원본 내셔널 세미컨덕터 부품과 다양한 수준의 호환성을 가진 유사한 번호의 장치들이 다른 제조업체에서 만들어진다. 16550과 레지스터 호환되는 UART 기능은 일반적으로 IBM PC 호환 컴퓨터용 다기능 I/O 카드의 기능이며 다른 호환 컴퓨터의 마더보드에 통합될 수 있다.
16550 UART
8250 UART의 공장 설치 부품 교체는 고속 모뎀이 출시되었을 때 IBM PC, XT 및 호환 컴퓨터 소유자에게 흔한 업그레이드였다. 9600 보 (통신 단위) 이상에서는 컴퓨터의 직렬 포트가 문자 손실 없이 지속적인 데이터 흐름을 처리할 수 없다는 것을 소유자들이 발견했다. 8250(1바이트 수신 데이터 버퍼만 가짐)을 16550으로 교체하고, 가끔 시스템 소프트웨어를 패치하거나 설정하여 새 칩의 FIFO 기능을 인식하게 함으로써 고속 연결의 신뢰성과 안정성을 향상시켰다.
16550 UART 기능
16550의 주요 기능은 다음과 같다.
16550의 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스는 모두 이전 8250 UART 및 16450 UART와 하위 호환된다. 내셔널 세미컨덕터를 인수한 텍사스 인스트루먼트의 현재 버전(1995년부터)은 16550D라고 불린다.
16550A와 그 이후 버전은 16450과 핀 호환되지만, MS-DOS 6.x, Windows 9x, Windows Me 및 Windows 2000에 포함된 마이크로소프트 진단 프로그램(MSD)은 종종 16450 칩을 8250 칩으로 보고한다.
16550 UART FIFO 버퍼
이전 8250 UART 및 16450 UART의 한 가지 단점은 수신된 바이트마다 인터럽트가 생성되었다는 점이다. 이는 전송 속도가 증가함에 따라 높은 인터럽트 발생률을 초래했다. 더욱이, 1바이트 버퍼만으로는 인터럽트 서비스 지연이 발생할 경우 수신된 바이트가 덮어쓰여질 실제 위험이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 16550 시리즈 UART는 1, 4, 8 또는 14바이트의 프로그래밍 가능한 인터럽트 트리거를 가진 16바이트 FIFO 버퍼를 통합했다.
16550은 또한 송신 FIFO를 통합하지만, 이 기능은 인터럽트 서비스 지연이 최적이 아닌 전송 속도를 초래하고 실제 데이터 손실을 초래하지 않기 때문에 덜 중요하다.
16550A(F) 버전은 9600 보 (통신 단위) 데이터 전송 속도를 가진 모뎀을 사용하는 데 필수적이었다. 14.4 kbit/s (V.32bis 이상) 장치에서는 드롭아웃이 발생했으며, V.42로 압축이 추가되면서 데이터 속도가 계속 증가함에 따라 인터럽트당 더 많은 데이터를 얻는 것이 중요했다.
16550 UART FIFO 버퍼
원래 16550에는 이 FIFO를 사용할 수 없게 하는 버그가 있었다. 내셔널 세미컨덕터는 나중에 이 문제를 수정한 16550A를 출시했다. 그러나 모든 제조업체가 이 명명법을 채택하지는 않았으며, 수정된 칩을 여전히 16550으로 지칭했다.
다른 출처에 따르면, FIFO 문제는 16550AF 모델에서만 수정되었으며, A 모델은 여전히 버그가 있었다. (이 출처에 따르면 C 및 CF 모델도 괜찮다.) 16550AFN 모델은 DMA 전송을 추가했다.
초크 (유도자)
일렉트로닉스에서 초크(choke)는 회로에서 직류와 저주파 교류를 통과시키면서 고주파 교류를 차단하는 데 사용되는 유도자이다. 초크는 일반적으로 자기 철심에 감긴 절연 전선으로 된 코일로 구성되지만, 일부는 전선에 꿰인 도넛 모양의 페라이트 비드로 구성되기도 한다. 초크의 온저항은 주파수에 따라 증가한다. 낮은 전기저항으로 AC와 DC를 모두 거의 전력 손실 없이 통과시키지만, 반응저항이 통과되는 AC의 양을 제한한다.
이름은 고주파를 차단("choking")하고 저주파를 통과시키는 기능에서 유래했다. 이것은 기능적인 이름이다. 유도자가 고주파를 차단하거나 디커플링하는 데 사용될 때 "초크"라는 이름이 사용되지만, 전자 필터나 동조 회로에 사용될 때는 단순히 "유도자"라고 불린다. 초크로 사용하도록 설계된 유도자는 일반적으로 동조 회로나 필터링 애플리케이션에 사용되는 유도자에서 요구되는 저손실 구조(높은 Q 인자)를 갖지 않는다는 점에서 구별된다.
초크 (유도자) 유형 및 구조
초크는 크게 두 가지 종류로 나뉜다.
저주파 초크는 일반적으로 유도계수를 높이기 위해 강자성 철심을 사용한다. 변압기와 유사하게 적층 철심과 공극으로 구성되는 경우가 많다. 철심은 주어진 코어 부피에 대해 유도계수를 증가시킨다. 초크는 라디오 수신기나 증폭기와 같은 진공관 장비용 정류기 전원 공급 장치 설계에 자주 사용되었다. 직류(DC)를 생성하는 직류 모터 컨트롤러에서 흔히 볼 수 있으며, 이들은 대형 전해 커패시터와 함께 사용하여 출력 DC에서 전압 리플(AC)을 제거하는 데 사용되었다. 초크 출력 필터용으로 설계된 정류기 회로는 유도자가 제거될 경우 너무 많은 DC 출력 전압을 생성하고 정류기 및 필터 커패시터에 과도한 돌입 및 리플 전류를 유발할 수 있다. 그러나 높은 리플 전류 정격을 가진 현대의 전해 커패시터와 초크보다 더 많은 전원 공급 장치 리플을 제거하는 전압 조정기는 주파수 전원 공급 장치에서 무겁고 부피가 큰 초크를 제거했다. 더 작은 초크는 스위칭 전원 공급 장치에서 출력에서 고주파 스위칭 과도 현상을 제거하고 때로는 주 입력으로 다시 피드백되는 것을 제거하는 데 사용된다. 이들은 종종 토로이달 페라이트 코어를 사용한다.
초크 (유도자) 유형 및 구조
일부 자동차 오디오 애호가들은 자동차 오디오 시스템(특히 서브우퍼 배선에서 증폭된 신호에서 고주파를 제거하기 위해)에 초크 코일을 사용한다.
무선주파수 초크(RFC)는 종종 유도계수와 전체적인 작동을 증가시키는 철분 또는 페라이트 코어를 사용한다. 기생 용량 및 근접효과 (전자기학) 손실을 줄이기 위해 복잡한 패턴(바스켓 권선)으로 감기는 경우가 많다. 훨씬 더 높은 주파수용 초크는 비자성 코어와 낮은 유도계수를 갖는다.
라인에서 디지털 RF 노이즈를 제거하는 데 사용되는 현대적인 형태의 초크는 전선에 끼워진 원통형 또는 토러스형 페라이트 코어인 페라이트 비드이다. 이들은 종종 컴퓨터 케이블에서 볼 수 있다.
초크 (유도자) 유형 및 구조
공통 모드(CM) 초크는 초크가 공통 모드 신호에 작용하도록 사용되는 특별한 애플리케이션이다.
이 초크는 전원 공급 장치 라인과 같이 고전류 전선에 자주 유입되어 원치 않는 작동을 유발할 수 있는 전자파장애(EMI) 및 무선주파수 간섭(RFI)을 억제하는 데 유용하다. 이 노이즈를 줄이는 것은 종종 단일 코어에 두 개의 병렬 코일 권선을 사용하는 공통 모드 초크를 사용하여 이루어진다. 공통 모드 초크는 차동 전류를 통과시키면서 두 전선에 영향을 미치는 신호를 차단한다. 공통 모드 초크 코어 내의 차동 모드 전류에 의해 생성되는 자기장은 서로 상쇄되는 경향이 있으므로 초크는 차동 모드 전류에 거의 임피던스를 제공하지 않는다. 이는 권선의 배치를 통해 차동 모드 신호에 대해 동일하지만 반대되는 필드를 생성하여 서로 상쇄되도록 함으로써 달성된다. 일반적으로 이는 코어가 큰 차동 모드 전류에 대해 포화되지 않음을 의미하며, 최대 전류 정격은 대신 권선 저항의 가열 효과에 의해 결정된다. 반면에 공통 모드 전류는 서로 강화하는 권선의 결합 유도 용량으로 인해 높은 임피던스 경로를 본다.
초크 (유도자) 유형 및 구조
CM 초크는 일반적으로 산업, 전기 및 통신 애플리케이션에서 노이즈 및 관련 전자파장애를 제거하거나 줄이는 데 사용된다.
CM 초크가 CM 전류를 전도할 때, 권선에 의해 생성된 자기장 대부분은 높은 투자율 때문에 유도자 코어 내에 갇힌다. 이 경우, 누설 자속, 즉 CM 초크의 근 자기장 방출은 낮다. 그러나 권선을 통해 흐르는 DM 전류는 권선이 이 경우 음으로 결합되기 때문에 높은 방출 근 자기장을 생성한다. 근 자기장 방출을 줄이기 위해 CM 초크에 꼬임 권선 구조를 적용할 수 있다.
균형 잡힌 꼬임 권선 CM 초크와 기존의 균형 잡힌 이중 권선 CM 초크의 차이점은 권선이 코어 개방 창의 중앙에서 상호 작용한다는 것이다. CM 전류를 전도할 때, 균형 잡힌 꼬임 권선 CM 유도자는 기존 CM 유도자와 동일한 CM 유도 용량을 제공할 수 있다. DM 전류를 전도할 때, 등가 전류 루프는 공간에서 역방향 자기장을 생성하여 서로 상쇄되는 경향이 있다.
클라우지우스-모소티 관계
전자기학에서 클라우지우스-모소티 관계(Clausius–Mossotti relation)는 O. F. 모소티와 루돌프 클라우지우스의 이름을 따서 명명되었으며, 재료의 유전율 (상대적 유전율εr)을 재료를 구성하는 원자 및 분자의 원자 편극률α 또는 이들의 균질 혼합물의 관점에서 표현한다. 이것은 물질의 굴절률(유전율이 아닌)과 편극률을 관련시키는 로렌츠-로렌츠 방정식과 동등하다. 이 식은 국제단위계로 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서
는 재료의 유전율이며, 비자성 재료의 경우 n2와 같고, 여기서 n은 굴절률이다.
ε0는 자유 공간의 유전율이다.
N은 분자의 개수밀도 (m−3)이다.
α는 분자 편극률 (C·m2/V)이다.
재료가 두 가지 이상의 물질의 혼합물로 구성된 경우, 위 방정식의 우변은 다음과 같은 형태로 i로 색인된 각 물질의 분자 편극률 기여의 합으로 구성된다.
클라우지우스-모소티 관계
CGS 단위계에서 클라우지우스-모소티 관계는 일반적으로 분자 편극률 부피 를 나타내도록 다시 쓰여지며, 이는 부피 단위(cm3)를 갖는다. 각 단위계에 대해 문헌에서 와  둘 다에 "분자 편극률"이라는 짧은 이름을 사용하는 관행으로 인해 혼동이 발생할 수 있다.
클라우지우스-모소티 관계는 편극률과 관련된 유도된 쌍극자만을 가정하므로 상당한 영구 쌍극자를 가진 물질에는 적용할 수 없다. 이는 충분히 낮은 밀도와 압력에서 N2, [[CO2]], [[CH4]] 및 H2와 같은 기체에 적용할 수 있다. 예를 들어, 클라우지우스-모소티 관계는 25 °C에서 125 °C 사이 1000 atm까지의 N2 가스에 대해 정확하다. 또한, 클라우지우스-모소티 관계는 인가된 전기장이 영구 쌍극자 모드가 비활성 상태가 될 만큼 충분히 높은 주파수일 경우 물질에 적용할 수 있다.
클라우지우스-모소티 관계 로렌츠-로렌츠 방정식
로렌츠-로렌츠 방정식은 클라우지우스-모소티 관계와 비슷하지만, 물질의 유전율이 아닌 굴절률을 편극률과 관련시킨다. 로렌츠-로렌츠 방정식은 1869년에 이를 발표한 덴마크 수학자이자 과학자인 루드비 로렌츠와 1878년에 독립적으로 이를 발견한 네덜란드 물리학자 헨드릭 로런츠의 이름을 따서 명명되었다.
로렌츠-로렌츠 방정식의 가장 일반적인 형태는 (가우스-CGS 단위로) 다음과 같다.

여기서 n은 굴절률, N은 단위 부피당 분자 수, 은 평균 편극률이다.
이 방정식은 균질한 고체뿐만 아니라 액체 및 기체에도 대략적으로 유효하다.
많은 기체에서와 같이 굴절률의 제곱이 일 때, 방정식은 다음으로 축소된다.

또는 간단히
이는 일반적인 압력의 기체에 적용된다. 기체의 굴절률 n은 몰 굴절률 A로 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서 p는 기체의 압력, R은 일반 기체 상수, T는 (절대) 온도이며, 이들은 함께 개수밀도N을 결정한다.
FDTD법
FDTD법, 풀어서 유한차분 시간영역법(Finite-difference time-domain method) 또는 이 방법(Yee lattice, 케인 S. 이, 1934년생 중국계 미국인 응용 수학자의 이름을 따서 명명됨)은 전산 전자기학을 모델링하는 데 사용되는 수치해석학 기술이다.
FDTD법 역사
시간 의존적 편미분 방정식에 대한 유한차분 기법은 전산 유체 역학 문제에서 수년 동안 사용되어 왔으며, 2차 정확도를 달성하기 위해 공간 및 시간에서 엇갈린 격자에 중심 유한차분 연산자를 사용하는 아이디어를 포함한다.
1966년 그의 중요한 논문에서 제시된 이의 FDTD 기법의 참신함은 맥스웰의 회전 방정식에서 각 전기장 및 자기장 벡터 성분에 대해 공간 및 시간에서 엇갈린 격자에 중심 유한차분 연산자를 적용하는 것이었다.
"유한차분 시간영역"이라는 명칭과 그에 해당하는 "FDTD" 약어는 1980년 앨런 태플로브에 의해 시작되었다.
FDTD법 역사
1990년경부터 FDTD 기법은 재료 구조와 전자기파 상호작용을 다루는 많은 과학 및 공학 문제를 전산적으로 모델링하는 주요 수단으로 부상했다. 현재 FDTD 모델링 응용 분야는 거의 직류 (지구-전리층 도파관 전체를 포함하는 초저주파 지구물리학)부터 마이크로파 (레이더 신호 기술, 안테나, 무선 통신 장치, 디지털 상호 연결, 생체 의학 영상/치료)를 거쳐 가시광선 (광결정, 나노플라스몬, 솔리톤 및 생체 광학)에 이른다. 2006년에는 과학 및 공학 문헌에 약 2,000건의 FDTD 관련 출판물이 등장했다 (참고: 인기). 2013년 기준으로, 최소 25개의 상용/독점 FDTD 소프트웨어 공급업체, 13개의 자유 소프트웨어/오픈 소스 소프트웨어 FDTD 프로젝트, 그리고 2개의 프리웨어/클로즈드 소스 FDTD 프로젝트가 있으며, 일부는 상업적 용도로 사용되지 않는다 (참고: 외부 링크).
맥스웰 방정식에 대한 FDTD 수치 기법의 기초, 기술 개발 및 가능한 미래에 대한 이해는 먼저 그 역사를 고려함으로써 개발될 수 있다. 다음은 이 분야의 주요 출판물 중 일부를 나열한다.
FDTD법 FDTD 모델 및 방법
맥스웰 미분 방정식을 살펴보면, 시간 내 E-장 변화(시간 미분)가 공간 내 H-장 변화(회전)에 의존한다는 것을 알 수 있다. 이로 인해 FDTD 시간 스텝 관계가 기본적으로 성립하는데, 이는 공간의 어느 지점에서든 시간에 따른 E-장의 업데이트된 값이 E-장의 저장된 값과 공간 내 H-장의 국부 분포에 대한 수치적 회전에 의존한다는 것이다.
H-장도 유사한 방식으로 시간 스텝을 밟는다. 공간의 어느 지점에서든 시간에 따른 H-장의 업데이트된 값은 H-장의 저장된 값과 공간 내 E-장의 국부 분포에 대한 수치적 회전에 의존한다. E-장 및 H-장 업데이트를 반복하면 컴퓨터 메모리에 저장된 수치 격자에서 고려 중인 연속적인 전자기파의 샘플링 데이터 아날로그가 전파되는 시간 진행 과정이 발생한다.
FDTD법 FDTD 모델 및 방법
이 설명은 1차원, 2차원 및 3차원 FDTD 기법에 모두 해당된다. 여러 차원을 고려할 때 수치적 회전을 계산하는 것은 복잡해질 수 있다. 케인 이의 1966년 선구적인 논문은 직교 좌표 계산 격자의 직사각형 단위 셀 주위에 E-장 및 H-장 벡터 성분을 공간적으로 엇갈리게 배치하여 각 E-장 벡터 성분이 한 쌍의 H-장 벡터 성분 사이에 중간에 위치하도록 제안했다. 현재 이 격자로 알려진 이 방법은 매우 견고한 것으로 입증되었으며, 많은 현재 FDTD 소프트웨어 구성의 핵심으로 남아 있다.
또한 이(Yee)는 E-장과 H-장의 업데이트가 엇갈리게 진행되는 도약 방식을 제안했다. 즉, E-장 업데이트는 연속적인 H-장 업데이트 사이의 각 시간 단계 중간에 수행되고, 그 반대도 마찬가지이다. 장점으로는 이 명시적 시간 진행 방식은 동시 방정식을 풀 필요를 피하며, 또한 소산 없는 수치적 파동 전파를 제공한다. 단점으로는 이 방식은 수치적 안정성을 보장하기 위해 시간 단계에 상한선을 요구한다. 결과적으로 특정 유형의 시뮬레이션은 완료하는 데 수천 번의 시간 단계가 필요할 수 있다.
FDTD법 FDTD 모델 및 방법
맥스웰 방정식의 FDTD 해를 구현하려면 먼저 계산 영역을 설정해야 한다. 계산 영역은 시뮬레이션이 수행될 물리적 영역을 의미한다. E-장과 H-장은 해당 계산 영역 내 공간의 모든 지점에서 결정된다. 계산 영역 내 각 셀의 재료를 지정해야 한다. 일반적으로 재료는 자유 공간(공기), 금속 또는 유전체이다. 투자율, 유전율 및 도전율이 지정되는 한 어떤 재료도 사용할 수 있다.
테이블 형식의 분산 재료의 유전율은 FDTD 방식에 직접 대입할 수 없다.
대신, 여러 데바이, 드루데, 로렌츠 또는 임계점 항을 사용하여 근사할 수 있다.
이 근사는 개방형 피팅 프로그램을 사용하여 얻을 수 있으며 반드시 물리적 의미를 가질 필요는 없다.
계산 영역과 격자 재료가 설정되면 소스가 지정된다. 소스는 전선 위의 전류, 인가된 전기장 또는 입사 평면파가 될 수 있다.
후자의 경우 FDTD는 임의 모양의 물체, 다양한 입사각에서의 평면 주기 구조, 및 무한 주기 구조의 광자 밴드 구조로부터의 빛 산란을 시뮬레이션하는 데 사용될 수 있다.
FDTD법 FDTD 모델 및 방법
E-장과 H-장이 직접 결정되므로 시뮬레이션의 출력은 일반적으로 계산 영역 내의 한 점 또는 일련의 점에서의 E-장 또는 H-장이다. 시뮬레이션은 E-장과 H-장을 시간적으로 앞으로 진행시킨다.
시뮬레이션에서 반환된 E-장과 H-장에 대한 처리가 수행될 수 있다. 데이터 처리는 시뮬레이션이 진행되는 동안에도 발생할 수 있다.
FDTD 기술은 압축된 공간 영역 내에서 전자기장을 계산하지만, 산란 및 방사된 원거리장은 근거리-원거리장 변환을 통해 얻을 수 있다.
FDTD 방법의 선형성 때문에 FDTD 방법의 안정성 영역은 폰 노이만 안정성 분석에 의해 결정될 수 있다. 이 방법은 전기장과 자기장이 단색 복소수 지수에 비례한다고 가정한다. 단일 시간 단계 후에 안정적인 장의 진폭 크기는 같거나 작게 유지되어야 한다. 이는 FDTD 매개변수 간의 관계를 설명하여 안정성을 보장하는 코란트-프리드리히-레비 조건으로 이어진다.
모든 모델링 기법에는 장점과 단점이 있으며, FDTD 방법도 다르지 않다.
FDTD법 FDTD 모델 및 방법
FDTD는 전체 계산 영역이 격자로 분할되어야 하고, 격자 공간 이산화가 모델에서 가장 작은 전자기 파장과 가장 작은 기하학적 특징을 모두 해결할 수 있을 만큼 충분히 미세해야 하므로, 매우 큰 계산 영역이 개발될 수 있으며, 이는 매우 긴 해결 시간으로 이어진다. 길고 가는 특징(예: 전선)을 가진 모델은 과도하게 큰 계산 영역이 필요하기 때문에 FDTD에서 모델링하기 어렵다. 고유모드 확장과 같은 방법은 Z 방향을 따라 미세한 격자가 필요하지 않으므로 더 효율적인 대안을 제공할 수 있다.
FDTD 시뮬레이션은 계산 영역 내의 모든 지점에서 E 및 H 필드를 계산하므로, 컴퓨터 메모리에 상주할 수 있도록 계산 영역은 유한해야 한다. 많은 경우 이는 시뮬레이션 공간에 인공 경계를 삽입함으로써 달성된다. 이러한 경계에 의해 발생하는 오류를 최소화하기 위해 주의를 기울여야 한다. 무한한 무경계 계산 영역을 시뮬레이션하기 위한 여러 가지 매우 효과적인 흡수 경계 조건(ABC)이 있다. 대부분의 현대 FDTD 구현은 대신 흡수 경계를 구현하기 위해 완전 일치층 (PML)이라는 특수 흡수 "재료"를 사용한다.
FDTD법 FDTD 모델 및 방법
FDTD는 시간 영역에서 필드를 앞으로 전파함으로써 해결되므로, 매질의 전자기 시간 응답을 명시적으로 모델링해야 한다. 임의의 응답의 경우, 이는 계산적으로 비용이 많이 드는 시간 컨볼루션을 포함하지만, 대부분의 경우 매질의 시간 응답(또는 분산 (광학))은 재귀 컨볼루션(RC) 기술, 보조 미분 방정식(ADE) 기술 또는 Z-변환 기술을 사용하여 적절하고 간단하게 모델링할 수 있다. 임의의 분산을 쉽게 처리할 수 있는 유사 스펙트럼 공간 영역 (PSSD)은 대신 필드를 공간적으로 앞으로 전파한다.
개방 영역 FDTD 모델링 문제에 가장 일반적으로 사용되는 격자 절단 기술은 Mur 흡수 경계 조건(ABC), Liao ABC, 및 다양한 완전 일치층 (PML) 공식이다. Mur 및 Liao 기술은 PML보다 간단하다. 그러나 PML(엄밀히 말하면 경계 조건이라기보다는 흡수 영역)은 몇 배 더 낮은 반사를 제공할 수 있다. PML 개념은 J.-P. Berenger가 1994년 Journal of Computational Physics에 실린 선구적인 논문에서 소개했다. 1994년 이후 Berenger의 원래 분리 필드 구현은 단축 PML(UPML), 컨볼루션 PML(CPML) 및 고차 PML로 수정 및 확장되었다. 후자의 두 PML 공식은 소멸파를 흡수하는 능력이 향상되었으므로, 원칙적으로 Berenger의 원래 공식보다 시뮬레이션된 산란 또는 복사 구조에 더 가깝게 배치될 수 있다.
PML로부터의 원치 않는 수치 반사를 줄이기 위해 추가적인 후방 흡수층 기술을 사용할 수 있다.
FDTD법 인기
동일 기간 동안 학술 출판 처리량의 일반적인 증가와 모든 수치 전자기학 (CEM) 기술에 대한 전반적인 관심 확대에도 불구하고, 맥스웰 방정식에 대한 FDTD 전산 해법 접근 방식에 대한 엄청난 관심 확대에는 일곱 가지 주요 이유가 있다.
FDTD는 행렬 역변환을 요구하지 않는다. 완전히 명시적인 계산이므로, FDTD는 주파수 영역 적분 방정식 및 유한요소 전자기학 모델의 크기를 일반적으로 109개 미만의 전자기장 미지수로 제한하는 행렬 역변환의 어려움을 피한다. 109개만큼 많은 필드 미지수를 가진 FDTD 모델이 실행되었으며, 이 수치에는 본질적인 상한이 없다.
FDTD는 비선형 동작을 자연스럽게 처리한다. 시간 영역 기술이므로, FDTD는 전자기 시스템의 비선형 응답을 직접 계산한다. 이를 통해 FDTD와 고전적 또는 반고전적 관점에서 비선형성을 설명하는 보조 미분 방정식 세트를 자연스럽게 결합할 수 있다. 한 가지 연구 분야는 FDTD 고전 전자기학 모델과 양자 전자기학에서 발생하는 현상, 특히 카시미르 효과와 같은 진공 요동을 결합하는 하이브리드 알고리즘의 개발이다.
FDTD법 인기
태플로브는 이러한 요소들이 결합하여 FDTD가 지배적인 전산 전자기학 기술 중 하나로 남을 것임을 시사한다고 주장했다 (다른 다중 물리 문제에서도 마찬가지이다).