序論
在工業應用中，電子控制與感測能幫助或改善製造、加工或生產諸多層面，但電子系統必須身處在各種嚴峻環境中，例如鋼鐵、石油產品與化學物質等生產線，或極為炎熱、骯髒、潮濕的礦區。設計任何系統時皆要審慎考量，必須能適應各種條件，包括極為強烈的電場及磁場在內，在設計時，若能時時謹記這些條件，並設想最糟糕的處境，無論系統安裝在何種環境中，均可確保系統持續運作。
在工業應用中，電子控制與感測能幫助或改善製造、加工或生產諸多層面，但電子系統必須身處在各種嚴峻環境中，例如鋼鐵、石油產品與化學物質等生產線，或極為炎熱、骯髒、潮濕的礦區。設計任何系統時皆要審慎考量，必須能適應各種條件，包括極為強烈的電場及磁場在內，在設計時，若能時時謹記這些條件，並設想最糟糕的處境，無論系統安裝在何種環境中，均可確保系統持續運作。
穩定度的重要性
現代社會充滿低價電話與消費電子產品，工程師為何得擔心工廠不時發生的故障情況？其實關鍵並非電子設備或系統維護成本，而是安全或廠區降低產能，大型製造廠可能斥資數十億美元興建、數百萬美元營運，系統故障造成停工後，可能得花數天才能恢復，每日營收損失數十萬、數百萬美元；此外，若人員性命受到影響，後果更是不堪設想，換言之，這些設備絕對禁不起故障。
現代社會充滿低價電話與消費電子產品，工程師為何得擔心工廠不時發生的故障情況？其實關鍵並非電子設備或系統維護成本，而是安全或廠區降低產能，大型製造廠可能斥資數十億美元興建、數百萬美元營運，系統故障造成停工後，可能得花數天才能恢復，每日營收損失數十萬、數百萬美元；此外，若人員性命受到影響，後果更是不堪設想，換言之，這些設備絕對禁不起故障。
在一般正常運作中，人員不會觸及電子控制系統安裝位置，例如鍋爐附近或大型設備後方，因此若要調整控制系統，生產區必須停擺。工業系統在建置時，便預設為運作多年 (或終生) 不需維修或不會故障，這也是工業系統設計師面臨的挑戰。
散熱管理難題
電晶體及其他電子系統零組件運作時，都會產生熱能，必須受到良好管理，否則高溫恐將傷害或影響裝置，只要觀察半導體組成的情況，即可明白這項問題的嚴重性。
電晶體及其他電子系統零組件運作時，都會產生熱能，必須受到良好管理，否則高溫恐將傷害或影響裝置，只要觀察半導體組成的情況，即可明白這項問題的嚴重性。
晶片製作運用擴散或退火等熱製程，讓物質在結構週遭或內部移動。在高溫 (1200℃以上) 之中，物質原子在製程內移動或形成結晶體，除非晶片處於絕對零度 (0℉或-273.15℃) ，否則雖然熱移動速度減緩，但仍會持續擴散的製程。
使用矽製造晶片的一大特點，在於矽與阻抗及溫度的非線性關係。在室溫之下，隨著晶片運作溫度提高，矽的阻抗也會增加，不過溫度若超過建議上限，阻抗會開始下滑，產生正回饋條件。多種系統因素都可能導致晶片內發生這種情況，造成熱失控，並隨著電流流動增加，溫度提高降低路徑阻抗，最後摧毀晶片。
許多電源晶片及電壓穩壓器都在輸出階段設計過溫保護功能，防止熱失控永久傷害晶片，但這項設計仍會中斷系統運作。且即使晶片始終未達過溫保護程度，高溫仍會損及長期穩定度，導致永久故障，故仍得依據產品說明書的建議條件操作，才能確保封裝內的晶片溫度維持在安全值內。
為管理設備的運作溫度，製造商常運用風扇增加發熱元件週遭的空氣流動。然而風扇長期穩定度向來不佳，且工業設備大多位於室內，無法以戶外空氣降溫，因此必須透過熱路徑，將熱能從晶片帶往較低溫的位置。
將晶片做為熱源，則必須使用晶片產品說明書內載的熱阻抗，以熱能離開裝置的速率為基準，計算溫度上升情況。熱阻抗計算則依據晶片每瓦功率散逸的攝氏溫度，以及熱能移動路徑，例如從晶片至外殼的熱阻抗稱為θJC。
這些數值極為重要，例如在SOT-223封裝內，LM340等小型線性穩壓器以銅面做為散熱片，則θJA (從晶片至週遭空氣的熱阻抗) 約為每瓦50℃，若輸入電壓為5V，輸出電壓為1.8V (常見的CMOS核心電壓) ，負載為1A，則穩壓器功率耗散為3.2瓦。代表即使印刷電路板上大片表面做為散熱片，且週遭空氣溫度為20℃，晶片溫度仍將升至160℃，遠超過裝置正常運作溫度，可能導致過溫保護或長時損害。
在此案例中，除非有銅以外的低熱阻抗直接連至外殼，否則無法幫助熱能脫離晶片，印刷電路板銅面的導熱速度顯然不夠快，來不及阻止晶片內部溫度攀升，解決方案例提升5V至1.8V轉換效率 (例如LMZ10501奈米模組切換穩壓器) ，或是採用熱阻抗較低的封裝，並占用更多印刷電路板表面面積。
熱阻抗與電阻抗一樣，都能加總後計算溫度上升幅度，例如TRise = PDissipated × (θJC + θCA + θAE)，熱阻抗包括θJC(晶片至外殼) 、θCA (外殼至週遭空氣) 、θAE (週遭空氣至(設備所在)環境) ，選擇熱阻抗極低封裝有助散熱，或是在外殼加裝鋁製散熱片或熱導管，都能提供熱阻抗較低的路徑，藉以降低運作溫度，大幅提高長期穩定度。
電磁考量
設備置於密閉環境內，熱能管理並非唯一問題，電磁環境與電磁干擾也是需要考量的問題之一。在許多工程師眼中，電磁干擾耐受是指閃電或其他過電壓造成的損害，但會引發故障的極端電磁場不只如此。
設備置於密閉環境內，熱能管理並非唯一問題，電磁環境與電磁干擾也是需要考量的問題之一。在許多工程師眼中，電磁干擾耐受是指閃電或其他過電壓造成的損害，但會引發故障的極端電磁場不只如此。
設計師必須想辦法減少靜電破壞，若電纜 (及電源) 進入機殼，無論正常運作狀況如何，都會成為大量電壓進入設備的路徑。供電路徑在設計時，都會防堵電壓快速上升，輸入階段甚至設有高速電壓監控裝置，能夠限制輸入，避免過電壓造成損害。但是當設備以電纜連結時，就形成各種路徑，並會在電纜電容之中儲存電荷，感測器模組與控制器之間的電纜常超過千呎。
電擊等自然現象都可能摧毀設備，不過交叉衝擊效應更加細微。當充滿電荷的雷雲頂飄至長程電纜上空，吸引電纜裡的異極電荷 (如圖1) ，通常兩者電荷會相互吸引，但若另一塊具有異極電荷的雲層飄過附近，線路上方的兩塊雲層就會產生靜電放電 (閃電) 。
圖1：帶有異極電荷的雲層飄過時，產生交叉衝擊
圖2：交叉衝擊可能導致終端設備受損
電纜上方雲層電荷散逸後，電纜內受吸引的電荷也得耗散，在快速耗散過程時，電纜兩端會出現極大電壓，若未經控制，可能摧毀兩端設備 (如圖2) 。為降低損害，終端設備電纜會設置電弧管或避雷器及靜電放電保護兩極體，提供電荷接地路徑，否則主要路徑將會經過電纜驅動器或收發器，也很可能無法負荷。
如前所述，其他電磁干擾不會直接傷害晶片，而是導致晶片偏移運作點，或是超過上限。許多製造廠如今使用微波熱水器或其他射頻來源，這些大型射頻電場會導引電流，進入晶片內各個寄生二極體與主動式元件，若晶片設計時並未考慮這些電場，內部偏置點可能會移動，改變線路的運作點。
另一項常見的非工業電磁干擾問題出現在免持聽筒電話裡，放大器常受到手機等射頻來源影響，使用免持聽筒電話，若與手機距離相近，很容易出現嗡嗡聲，蜂巢式發送器的射頻能量在放大器鏈內寄生解調，因此會透過擴音機傳出聲音。
不過在工業控制應用內，這種現象會更加嚴重，常導致精密測量失調，造成溫度感測誤差好幾度，或是遙控感測器測量錯誤，許多製程的容忍度極低，任何偏差都可能導致製造嚴重故障或品質下滑。
為處理這些問題，設計師必須採用抗射頻元件(與抗輻射晶片不同)，LMP2021 (單) 與LMP2022 (雙) 運算放大器等晶片都是針對高射頻電場設計，確保表現精準，使用此類晶片後，將減少射頻干擾造成精密應用誤差。
結論
工業環境條件對電子系統相當嚴峻，設計師必須考量溫度升高，以及其他導致損害及干擾的因素，目前許多解決之道都結合晶片設計，以處理極端條件，不過最終系統能否運作多年無虞，仍取決於設計師的決定。
工業環境條件對電子系統相當嚴峻，設計師必須考量溫度升高，以及其他導致損害及干擾的因素，目前許多解決之道都結合晶片設計，以處理極端條件，不過最終系統能否運作多年無虞，仍取決於設計師的決定。
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