前语
工业运用中的电子操控与传感组件能在制作、加工与出产的许多方面供给支撑或完成明显的功能进步。可是，电子设备有必要能够接受出产钢材、石油产品与化工品等恶劣环境或是具有极点高温、多尘埃以及湿润的矿山环境。在规划有必要接受这些状况(有或许存在极强的电场与磁场)的一切体系时必定要慎重考虑这些要素。只需能够考虑到这些条件而且规划能够习惯最差工况，那么这些体系不管装置在何处都能够正常运转。为了完成适用于工业运用的可行性处理计划，本文对首要规划阻碍进行了讨论，一起还介绍了适用于最严格条件的规划计划。
可靠性至关重要
在咱们这个一般电话和低本钱消费类电子产品无处不在的现代化国际，工程师为什么会为工厂中的周期性现场毛病而焦虑呢?实际上，这既不牵涉到相关电子产品的费用也甚至或许不触及体系修理的费用，相反，它很或许是有关安全或工厂出产力丢失的问题，其可让后者本钱相形见绌。大规模制作厂的制作费用或许高达数十亿美元，而运营费用也会到达数百万。一些体系毛病导致的单次停机事情就有或许消耗数天才干重新启动，而这有或许每天构成数十万美元、甚至高达数百万美元的收入丢失。别的，只需发生危机生命的毛病，那么构成的损害让人不可思议。换言之，决不能让这些设备发生毛病。
一般需求将电子控件装置到正常运转期间人员无法进出的区域，例如熔炉附件或大件设备的后边。这就意味着在对该或许彻底治愈体系进行操作是，应关闭出产区，制止有人进入。装置工业体系时的希望是能够运转许多年(有时是指设备的终身寿数)而不会发生毛病或许无需维护。这才是工业体系规划人员面对的真实应战。
热办理应战
热量是电子产品晶体管与其它组件运转时发生的副产品。其有必要得到杰出办理，不然温度升高会下降设备功能或构成器材损坏。要了解个中原因，只需简答了解一下半导体的制作办法就能对问题明晰明晰。
集成电路(IC)制作选用分散、退火等热处理工艺使原资料附着到结构周围和进入其内部。资料的原子在上述进程中搬迁或许构成晶体结构，这在适当高的温度(1200‘C或更高)下才会呈现这种现象。不过，除非IC坚持绝对零度(0’k-273.15‘C)，不然热运动会持续导致分散，但比制作进程速度慢得多。
用于出产IC的硅的美妙之处在于其与电阻及温度具有非线性联系。在室温条件下硅的电阻随IC作业温度的升高而相应升高。可是，当温度升高到必定程度(高于主张限值)，则其电阻开端下降，然后构成潜在正反馈状况。此外，IC内部的各种其他体系原因也会构成这种状况，有或许导致热失控状况。跟着更高电流流过，途径的电阻会由于加热而下降，终究热损害会损坏IC。
许多电源IC的稳压器选用输出级过热关断办法来避免热失控状况永久性地损坏IC。可是，这仍然是一种毛病状况，因而体系会中止持续运转。即便IC永久达不到过热关断状况，可是高温会下降长时刻可靠性，然后导致过早损坏。运用IC时有必要恪守产品说明书的主张工况，一遍封装内部的IC裸片温度坚持在安全值范围内。
为了办理设备的作业温度，制作商一般运用电扇来增强流经发热组件的气流。可是，电扇人尽皆知的特点是不具备长时刻可靠性。别的，工业设备一般与环境阻隔，这会阻碍外部空气对其进行冷却。热量有必要通过散热途径从IC引到温度更低之处。
首先从裸片这一热源开端，有必要运用IC产品说明书指定的热阻来依据器材的散热速率核算热力上升。热阻抗单位为’C/W，是IC功耗和热量传输途径长度。例如，从结点(裸片)到IC外壳的热阻称为θ为结点到外壳热阻(θJC)。
这些值极点重要。例如，假如选用无约束铜面作为散热片，SOT-223 封装中 LM340 等小型线性稳压器的结点到环境空气热阻 (θJA) 大约为 50.C/W。假如输入电压为 5V，输出电压为 1.8V(通用CMOS 内核电压)，负载为 1A，则稳压器的功耗为 3.2W。这就意味着，即便是选用 PCB 上的一大片外表作为散热片而且环境空气温度为20.C，裸片温度仍然会升高到160.C 。其远远超越器材的正常作业温度，有或许构成过热关断或随时刻的推移逐步损坏。
在本例中，除非外壳直接衔接(除铜外)的更低热阻，不然没有其它办法可认为裸片散热。热量无法通过 PCB 铜制资料以足够快的速度排出，因而以上述功率电平无法避免内部温度升高。此处的处理计划是选用更高效的办法将5V 转换为1.8V，如LMZ10501 纳米模块开关稳压器)。另一种挑选计划是选用热阻抗低得多的封装，但这不可避免地会占用更多 PCB 外表积。
与其电气同类相同，要核算温升，可接连累加热阻。例如，TRise = PDissipated × (θJC + θCA + θAE)，其间θAE 为结点到外壳热阻、θCA为外壳到环境热阻，而θJC 则为环境到外界或到设备所在大环境的热阻。选用超低热阻的封装有助于器材散热。别的，在外壳添加铝制散热片或热管有助于供给热阻更低的至空气途径。这样就能下降作业温度，然后明显进步长时刻可靠性。
电磁规划的考虑事项
办理关闭在气密箱体中的设备的热量并非是仅有的问题。现在咱们来看一看设备的电磁 (EM) 环境以及电磁搅扰 (EMI)。许多工程师都把 EMI 敏感性看成是由照明或其它电压过载条件导致的损坏，这种观念原本没什么问题。可是，这并非是极点电磁场的仅有引起毛病的机制。详见下文。
减轻静电损坏是规划人员有必要处理的实际问题。假如线缆(包含电源)进入底板，就会在设备中呈现高电压，不管是否是正常工况均如此。电源一般规划有避免呈现电压峰值的内涵维护。输入级或许还装备用于胁迫输入的高速电压监控器，以防呈现与过压相关的损坏。可是，当设备是通过电线网络衔接，这些衔接就会供给一种凭借电线的电容贮存电荷的办法。在传感器模块(带有源电子器材)和操控器之间装备电线长度达上千英尺的状况并不稀有。
自然界存在能够损坏设备的现象，如直接雷击。可是，还存在另一种称为穿插冲击 (cross striking) 的更奇妙效应。当带有许多电荷的雷暴云砧缓慢飘过长距离布线网络而且在线缆中感应出相反电荷时就会呈现这种现象(图 1)。一般状况下，感应电荷被云层中的电荷固定在其方位中。可是，假如另一片带有相反电荷的云朵在邻近飘过，就有或许引起两朵云之间网络上空的静电放电(闪电)。
当正上空云朵中的电荷散失后，电线中的感应电荷也有必要散失。由于电荷从电线中快速消失，因而在线缆两头会呈现极点高的电压。假如不受操控，此类电压有或许损坏坐落电线两头的一切设备(图 2)。为了下降这种损坏，需在终端设备的线缆终端装备电弧管或火花隙以及静电放电(ESD)维护二极管，然后供给将电荷引进大地的途径。不然，该途径会通过线缆驱动器或收发器，其很难幸免于难。
如前所诉，其它类型的 EMI 不会直接损坏 IC。相反，其会导致 IC 搬运其作业点;或许导致偏移指定约束。许多制作厂现在纷繁在其制作工艺中选用微波加热器或其它射频源。这些大型 RF 场能在 IC 中的各种寄生二极管和有源组件中发生感应电流。假如在规划IC 时缺少处理这些场的办法，那么内部偏置点就有或许搬运，然后改动电路的作业点。
能够在许多对讲电话中观察到一种常见的非工业 EMI 问题。放大器一般简单遭到手机等 RF 源的影响。在运用对讲电话通话时，若手机也在邻近，则常常会在通话时听到嗡嗡声。蜂窝发射器发生的 RF 能量以寄生办法解调进入放大器链，然后能够通过扬声器宣布可听到的声响。
可是，在工业操控运用中，这种现象要严峻得多。其常常构成高精度丈量中的偏移。其或许构成几度的温度感测差错或许长途传感器的其它丈量差错。许多工艺都有必要要求极点严苛的容差。任何差错都有或许构成出产工艺的灾难性失利，或许最少会构成质量不合格。
为了处理这个问题，规划人员需求选用抗RF (RF-hardened) 组件(切勿与抗辐射 (radiation-hardened)IC混杂)。LMP2021(单通道)与 LMP2022(双通道)运算放大器等 IC 通过精心规划，可用于完成存在高电平 RF 场的高精度功能。选用此类 IC 能够下降RF 搅扰导致的高精度运用差错。
定论
对电子体系来说，工业环境是极点严格严苛的。规划人员有必要统筹考虑到高温以及其它损坏与搅扰源。这些重担现在大部分由 %&&&&&% 本身承当，由于它们具有处理极点条件的才能。可是，归根到底，能否终究完成接连多年无毛病运转的体系，关键在于规划人员的决议计划。
