模拟和混合信号IC的技术进步促进了前所未有的工厂生产力、效率、质量及安全性整合。这些IC使得系统性能更强、测量精度越来越高、通信更可靠、功耗更低，安全性更高；它们是工业系统的核心，根据大量传感器测量数据快速做出响应，高精度控制材料处理、工业过程的步骤、供电和温度，以及操作的安全性。当计算功能集成到这些模拟与混合信号IC时，工厂可采用分布式的智能管理模型。现在，工厂数据能够更方便地供业务管理系统使用。这种工厂整合模型包括下文介绍的多种方法和技术，帮助遍布全球的供应链、销售、物流及高层管理人员实时获得工厂信息。
分布式智能化管理工厂整合拓展了分布式智能化管理，使得计算资源及决策制定走出控制室，进入分布广泛的过程控制机制。系统架构的变化几乎能够实时地将数据提交给管理人员，消除了数据处理瓶颈，允许管理层利用更多的测量和控制节点，根据大量的过程采集数据做出决策。工厂分布式智能管理所带来的直接利益体现在正常运转时间。由于缩短了测量到控制的反馈延迟，可以大幅提高过程控制效率、数据吞吐量、wIP（有效工作）时间和机器利用率，降低维护成本。
而对于企业的利益则远远超出工厂本身。工厂系统整合能够提供最新的工作流程数据，将其与供应链有机结合，可以优化生产计划安排及库存管理。全球范围的销售和分销管理层可根据精确、及时的生产数据采取措施。管理人员可以更好地平衡生产线及生产力的利用率。当然，上述利益的最大化在很大程度上依赖于复杂的软件工具。但如果没有高精度、高效率以及可靠的电子器件支撑传感器测量、控制及能源管理，软件系统也不可能提供这些结果。
集成Ic增强传感器测量混合信号IC使信号调理和数字转换更加靠近测试点，在传感器节点进行数字转换有助于降低噪声，提高控制数据的质量。温度测量是最常见的过程控制输入量，原材料、材料库、工作环境（例如恒温炉和储罐）、机器设备（例如驱动电机、铸模机）的温度都会影响生产质量和系统的可靠性。温度测量通道必须提供负载开路检测，以便在温度传感器或其连线断开时，使系统能够强制在安全控制状态。例如，MAx31855等信号调理器将从热电偶温度读取转向炉温过程的监测。检测到任何传感器故障时，信号调理器将在数据流中产生一位故障码，报告故障，使系统快速响应并切断加热炉的动力，向系统管理器发出故障报警。
温度测量所面临的一项挑战是，热电偶、热敏电阻（RTD）等温度传感器的输出电压只有每摄氏度数十微伏，信号调理器必须能够高精度地检测到与温度测量值相对应的小信号电压。如果信号调理器用于测量RTD，还必须提供低噪声电流源的高精度激励信号。RTD将激励电流转换为与其温度成比例的电压。激励电流非常小，以避免传感器内部的I2R损耗引起自热。将传感器激励、信号调理、数字转换、故障检测及保护电路集成在单一芯片，可以大大简化测量通道的设计。混合信号IC，如MAX31855，从根本上实现了单芯片测量子系统，提供从传感器到数字控制器完整方案；避免PCB布局复杂度，降低对噪声源的敏感度，大幅提高功能密度（见图1）。总而言之，模拟集成可以大大改善系统性能和过程质量。参考设计
如果单芯片IC无法满足设计要求，经过测试的参考设计则有助于加快元器件选型，最大程度地满足最终设备的设计目标，缩短产品上市时间，降低设计风险。参考设计包括原理图、BOM（材料清单），多数情况下也提供演示板、布局文件以及支持软件。除信号处理和电流隔离外，参考设计还包含电源管理功能，有些情况还带有微控制器，提供时序处理、控制接口，以及保证应用安全的软件支持。参考设计对于缩短原理图设计及软件调试时间非常有利，有助于避免可能影响高精度模拟眭能的电路布局问题。例如，Cupertino参考设计提供了四路模拟前端（AFE），支持电压或电流环路输入（见图2）。设计提供电源和输出数据的电气隔离。用户也可以将其配合其他参考设计使用。例如，Monterey电流/电压输出调理子系统和Cupertino，形成完整的环路供电、高精度温度变送器。驱动安全性
自动化系统的输出有控制阀门、执行器、螺线管、电机等。系统设计必须确保这些机电装置即使在故障条件下也安全工作。以运动的机械臂为例，当电网质量出现问题，迫使微控制器重启时，系统不能允许机械臂在控制环路切断的情况下继续运动，驱动电路必须能够检测到这一故障，并启用安全机制；电机驱动必须切换到安全扭矩状态；阀门根据具体情况关断或打开。一般情况下，所有执行器必须处于安全状态，包括生产线上的材料、生产设备，以及操作人员（这也是最关键的）安全。
为工业应用设计的模拟和数字输出器件如果满足这些安全要求，则可简化控制器的硬件设计。例如，MAX5725多通道DAC（数/模转换器）集成了可编程看门狗定时器，在DAC收到有效命令时进行复位。如果看门狗定时器由于通信故障发生超时，看门狗对应的通道则返回到预先定义的可编程输出电平。当主处理器挂起或通信链路发生故障时，这一功能可确保执行器、阀门、伺服系统或DAC控制的其他硬件进入安全状态。电平转换
许多工业应用领域面临的一项挑战是将来自传感器和开关的24V二进制信号转换成低功耗的低压逻辑电平。对每路信号进行电平转换和电气隔离，将大幅提升系统成本。利用微控制器对输入信号进行串行转换，这样，只需隔离串行数据流，可大大简化接口设计，但要求过程承受较高输入电压。相对于传统方案，这些设计还必须大幅降低功耗；对于小尺寸设计，还必须将其集成在单一芯片中。目前，有些针对工业应用推出的多通道、数字输入电平转换器/串行器，如MAX31911，可对多路高压输入通道进行电平转换、调理及串行化处理，满足可编程逻辑控制器（PLC）及相关设备的微控制器要求。相对于分立式电阻分压的方法，这些电平转换器/串行器IC使功耗降低60%。许多应用要求电气隔离，串行器可以将必要的隔离通道减少到3路。例如，MAX31913电平转换器/串行器提供SPI菊链接口，多个串行器整合的众多输入可共用同一组3线隔离信号。为确保从并行转换为串行时的数据完整性，电平转换器/串行器IC还集成了循环冗余校验（CRC）（见图3）。满摆幅、超摆幅
为工业电子设备供电已经成为系统设计日益严峻的考验。信号调理和数据处理电路各不相同的供电电压需求使得本已复杂的电气环境进一步恶化；节点问的供电电源需要电气隔离，控制系统节点之间同样需要电气隔离。通过各种电源管理达到节能目的，进一步加剧了系统成本和复杂度。对于工业信号电平，需要±25V甚至更高供电电压的情况非常常见。尤其对于工业接口的前端和后端电路，这种高压需求更频繁。相比之下，为处理器及其他数字电路供电的电源电压则低得多。MAXl4778集成了经过验证的超摆幅（BeyondtheRails）技术，将模拟和混合信号处理范围扩展到正、负电源电压以外，避免使用较高的供电电压。因此，许多本来要求两路，甚至3路供电电源应用，只需要采用单电源供电即可（见图4）。低损耗设计
工业用户和系统制造商越来越关心大型分布式系统的能耗问题。高压负载点DCDC转换器（例如，MAxl7503），集中解决了一方面问题，即直流配电馈线中的I2R损耗。这些转换器直接采用48V输入（最高60V），为低压数字、模拟及混合电路提供单次转换方案。举例来说，相对于12V板载配电，48V输入将输入电流减小了1/4，相应的PCB铜损降低1/16。通过取消中间级DC/DC转换，这些高压转换器节省了宝贵的电路板空间，并避免了中间级的成本和损耗。这些IC降低铜损，减小了连接器的接触电流额定值。另外，由于采用同步开关架构，在提高可靠性的同时使得器件维持在较低的工作温度（通常降低50%）。保证工厂安全性
采用分布式智能化管理，系统设计利用常见的低成本通信硬件接口和数据传输方法，例如以太网和互联网协议。目前，专用的通信方案正在向物联网（IoT）靠拢，IoT所承诺的低成本对于工业现场以及全球范围的站点问机器通信意义重大。
这些优势同时也暴露了系统的弱点，即很容易遭受网络攻击。最有效的保护是在每个节点、每个接口构建基于硬件的安全措施，从而在整个系统嵌入安全功能，保护薄弱环节，通常也是开放的、分布广泛的关键环节。按照这种方法，每台设备均集成安全功能，保证每个通信接口的安全性，以及设备之间、设备与云端之间的通信。
目前市场上经过验证的硬件级安全技术，可以保护网络攻击、恶意篡改、IP剽窃，以及非法使用或克隆设备。例如，DS28E35DeepCover安全认证器为主控制器提供符合行业标准的加密方案，对外围设备进行安全认证。
