- 智能電表需求旺盛
- 半導體器件發(fā)展受益
- 智能電表遠勝感應式電表
- 中國將成為全球最大智能電表消費市場
- 智能電表功能將越來越強
- 智能化是電表的必然趨勢
近年來，隨著中美等國家智能電網(wǎng)概念的提出和建設，與之配套的智能電表再次成為業(yè)界關注的重點。中國政府計劃未來五年全國范圍內(nèi)，安裝2.4億塊智能電表。這意味著在2012年到2015年之間的三年內(nèi)，中國每年新安裝的智能電表將高達到8000萬塊。從長遠來說，考慮到中國13億人，中國安裝智能電表的總量應該是5億塊，中國將成為全球最大智能電表消費市場。高速增長的智能電表市場憑其極大的芯片需求成為各半導體廠商角逐的戰(zhàn)場。
智能電表需求強勁
拉動半導體器件需求
令人欣慰的是，雖然世界經(jīng)濟深受金融危機的影響而令人擔憂，但全球智能電表市場卻需求強勁。據(jù)預測，全球年需求量僅美國智能電網(wǎng)計劃就會增加1800萬塊智能電表，使美國智能電表總數(shù)達到4000萬塊，這還不包括配套的抄表系統(tǒng)。國際能源署預計，到2020年，智能電網(wǎng)將覆蓋全世界80%的人口。2013年，與智能電網(wǎng)配套使用的智能電表安裝數(shù)量將達到7.6億塊，比此前美國科技智庫ABI咨詢公司（ABI Research）估計的數(shù)目翻了一番。 信息請登陸：輸配電設備網(wǎng)
iSuppli公司預測，智能電表將與3G智能手機、上網(wǎng)本、藍光 DVD播放機、液晶電視、監(jiān)控和醫(yī)療電子將成為最流行的電子產(chǎn)品，將極大的刺激包括電源、計量芯片、MCU及RTC、LCD顯示屏和通訊端口等其它附加模塊的需求。世界各大半導體廠商紛紛押寶智能電網(wǎng)需求下的智能電表芯片市場。
精度更可靠 功能更強大
智能電表遠勝感應式電表
由于電表與居民生活息息相關的特殊性，以電表為代表的民用三表成為消費者投訴的主要對象，擺在首位的就是電表計量的精確問題。后起的電子式電表解決了感應式電表計量精確問題。正如煙臺東方威思頓電器有限公司研發(fā)部工程師陳杰說：“目前民用電表精確性沒有問題，我們都是按照國家標準，甚至是高于國家標準來操作，計量芯片技術已經(jīng)非常成熟，絕不會因為芯片的原因影響電表的精確性。”
同時，隨著制作工藝的改進，困擾電表的質(zhì)量問題基本得到解決，因某個元器件突然失效而導致整個電表失效的情況已經(jīng)成為過去。浙江千能電力有限公司研發(fā)部硬件工程師童新銓說道：“我們選用的都是工業(yè)級的集成電路和芯片，很少會因為芯片的原因導致電表出現(xiàn)故障。”寧波三星電氣股份有限公司系統(tǒng)部副經(jīng)理袁志明也表示：“一般不會出現(xiàn)因為芯片而導致電表罷工的現(xiàn)象，倒是容易老化的器件，如電容，可能因為老化的原因而出現(xiàn)故障，但目前很少有這種質(zhì)量問題 .”
寧波三星電氣股份有限公司系統(tǒng)部副經(jīng)理袁志明：
“切合實際的抄表系統(tǒng)要從多方面考慮，首先你不能太貴，第二是有可實現(xiàn)性。”
說到電表就不得不說偷電這個現(xiàn)實問題。隨著竊電方式的更加多樣化和隱蔽化，對電能表防竊電的要求也越來越高，機械表對此已越來越力不從心，電子式電能表則表現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢。童新銓說：“防偷電需要硬件軟件相結合才能解決好問題，在硬件沒問題的情況下，目前的芯片都能有效地防止偷電行為。”
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現(xiàn)在很多半導體公司的方案對于防竊電都是通過MCU軟件來實現(xiàn)的，以飛思卡爾的MCF51EM256為例， MCF51EM256加入了可編程延遲模塊（PDB） ，集成了防盜電檢測的實時時鐘（iRTC）。該iRTC可以由獨立的電池進行供電，擁有獨立的32768Hz晶振，擁有專門的防竊電檢測管腳進行開蓋檢測，當檢測到電表蓋被打開時，會自動通知CPU并自動記錄開蓋時間。另外，當iRTC檢測到對其獨立供電的電池被斷開時，也會自動通知CPU并記錄時間。做到從硬件協(xié)助客戶進行防竊電取證和記錄，增強了系統(tǒng)的可靠性，這些功能使得該iRTC具有可靠的防竊電功能。這些都是業(yè)界領先的技術。飛思卡爾工業(yè)和多元市場微控制器部全球產(chǎn)品經(jīng)理謝曉東說：“飛思卡爾是以產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定供貨著稱的公司，微控制器提供全系列從高端到低端（包括專門為中國電表市場定制的MZ系列）產(chǎn)品可供客戶選擇，MCF51EM256就是其中的一個例子。”
飛思卡爾工業(yè)和多元市場微控制器部全球產(chǎn)品經(jīng)理謝曉東：
“下一代微控制器，將提供更低功耗，更簡便的流量計量外設，提供更強大的自動抄表外設模塊。”
恩智浦半導體大中華區(qū)多重市場產(chǎn)品部市場總監(jiān)金宇杰則表示：“電表設計商通常使用軟硬件結合的方式來處理竊電檢測，此方法會占用較大系統(tǒng)開銷，并且軟件方式存在功能失效的可能性。對此問題，我們會在后續(xù)產(chǎn)品中推出硬件實現(xiàn)的竊電檢測接口，并且耗費的功耗很低。”
恩智浦半導體大中華區(qū)多重市場產(chǎn)品部市場總監(jiān)金宇杰：
“高集成度和低功耗在電表應用中不是對立的。高集成度側重于當芯片處在正常工作模式時各個外設的連通性能；而低功耗運用在芯片掉電模式下，此時外設已基本關閉。”
愛特梅爾無線微控制器產(chǎn)品市場總監(jiān)Magnus Pedersen告訴記者：“愛特梅爾的MCU能夠解決反偷電難題，其BitCloud PRO堆棧已經(jīng)獲得 ZigBee Smart Energy產(chǎn)品認證，BitCloud Smart Energy可將建筑物室內(nèi)（in-premise）的設備（如電表、自動調(diào)溫器和智能電器）相互連接，并連接至區(qū)域電力輸送和控制網(wǎng)絡，為電力公司提供了安全、可靠且易用的無線家庭區(qū)域網(wǎng)（home area network， HAN） 技術。愛特梅爾的BitCloud SE通過基礎的安全性和協(xié)議堆棧，確保整個HAN完全的互操作性和無縫通信，并帶來ZigBee Smart Energy設備的完整參考實施方案。此外，愛特梅爾的所有BitCloud ZigBee Smart Energy堆棧完全支持橢圓曲線加密法（Elliptic Curve Cryptography， ECC）以增強設備的加密性能。”
愛特梅爾微控制器無線產(chǎn)品市場推廣總監(jiān)Magnus Pedersen：
“用于三合一儀表的微控制器的開發(fā)正在慢慢演進，隨著時間推移，所有標準都將由業(yè)界共同開發(fā)，從而建立三合一的智能儀表。”
說到智能電表的高度集成，電表芯片將集成更多功能，例如計量，LCD，實時時鐘，甚至有半導體廠商還在積極考慮集成電力載波模塊，無線模塊到單芯片方案中等等。目前，芯片集成已經(jīng)往高層次的SoC（片上系統(tǒng)），針對目前電表SoC的應用問題，寧波三星電氣股份有限公司系統(tǒng)部副經(jīng)理袁志明談到：“現(xiàn)在SoC應用的很多，但用的也不是很理想。首先，從成本上考慮，SoC沒有比原來的方案少多少；第二，集成之后靈活性大打折扣，還不如一個計量芯片加一個控制芯片。”同時袁志明還表示，SoC要推廣的話也解決兩個問題：一是成本問題，二是現(xiàn)實需要問題。有些政策要求必須使用ADI 的計量芯片，如果把ADI 的計量芯片集成到SoC里面去了，就不好確定是不是ADI的計量芯片了。
對于低功耗問題，袁志明表示：“做電表的芯片首先就得考慮是低功耗，低功耗主要表現(xiàn)在停電等特殊時刻，就是在由電池供電的情況下，最有效、長時間的記錄信息，顯示信息，完成抄表。目前，市場上的芯片低功耗方面還是可以的，因為現(xiàn)在很多IC廠家都瞄準了低功耗方面，很多芯片都達到了低功耗的要求。”謝曉東認同袁志明的說法：“飛思卡爾有獨特的超低功耗技術， MCF51EM256也是基于同樣超低功耗技術的芯片。飛思卡爾低功耗單片機提供靈活的電源管理模式，客戶可以根據(jù)實際應用的需求，進行必要的設置，達到最佳的功耗性能比。”
金宇杰對芯片低功耗做了更詳細的介紹：“首先，在架構設計時，我們會把針對電表應用和低功耗要求提前納入考慮范圍，通過提高并發(fā)執(zhí)行能力減少代碼運行時間，以便讓系統(tǒng)在更多時間段內(nèi)處于休眠狀態(tài)，以期望達到更低功耗；其次，我們使用業(yè)界一流的低功耗工藝生產(chǎn)我們的芯片，確保我們針對電表應用的架構和細節(jié)設計被完美體現(xiàn)。”金宇杰同時談到：“高集成度和低功耗在電表應用中不是對立的。高集成度側重于當芯片處在正常工作模式時各個外設的連通性能；而低功耗運用在芯片掉電模式下，此時外設已基本關閉。具體來說，我們的MCU具有在引腳兼容的前提下，讓客戶可選擇不同容量的片內(nèi)存儲器并根據(jù)需要選擇不同的外設；有針對電表量身定制的專用接口；以及在掉電模式下的超低功耗，可延長電池使用壽命，降低系統(tǒng)能耗等方面的優(yōu)勢。”
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Magnus Pedersen結合愛特梅爾產(chǎn)品說到：“愛特梅爾將繼續(xù)集成更多的功能以滿足應用的不同需求，并致力于降低功耗，提高系統(tǒng)性能。愛特梅爾的32位MCU專為無線電力抄表而設計，這類電表需要更高的性能和功率，而我們的32位AVR微控制器架構正是專為需要高性能和低功耗的應用（如電表）而建立。這些產(chǎn)品包括一個32位RISC處理器，經(jīng)設計能夠在每個時鐘周期做更多的工作，因而以較低的時鐘頻率達到相同的吞吐量，大大降低功耗。其多重高速系統(tǒng)總線能夠確保在各種睡眠模式下，達到出色的處理性能和動態(tài)頻率調(diào)節(jié)性能，以確保低功耗。”
智能化是電表的必然趨勢
真正意義的智能電表是智能電網(wǎng)的前提下實現(xiàn)的，用電像炒股一樣，隨時掌握即時電價，便宜時買進，貴的時候等待或賣出。 通過手機或智能電表上就能看到實時電價，可以挑便宜時洗衣服、吸塵或給車充電，電價貴時則減少用電，還能用充電的電動車或風能、太陽能、氫電池、生物沼氣燈等輸出電力賺錢。
目前，智能電表的智能主要體現(xiàn)在抄表和付費便捷化，離真正意義的智能電表還有很長的路要走。用行內(nèi)有些人士的話來說，目前國內(nèi)的智能電表只稱得上是電子電表，還算不上智能電表。袁志明以一個電表工程師的身份說：“我們一直想知道未來的電表到底是怎樣的，不過，我個人認為，智能電表最大的特點就是交互，就是用戶和供電局的信息交互。沒有這種信息交互就更別談智能家庭等等方面的智能，但國外智能交互的案例也不適合我國的借鑒應用，這是國情決定的。”
童新銓則覺得，智能電表的關鍵是管理，管理更加便捷和人性化，人性化的管理要求芯片的信息處理能力更強?？赡壳?，連多表集抄尚在嘗試階段，三表（電表、水表、燃氣表）合一想都不敢想，這一切并不僅僅是技術的問題，而是體制下不同部門利益的問題。用行業(yè)人士的話來說，目前的電表芯片市場，只有想不到的，沒有做不到的，智能電表所需的功能都能在市場上選到相適用的芯片。那么與未來智能電表配套的芯片會是怎樣的呢？
金宇杰說：“未來智能電表MCU必定會朝著綠色環(huán)保、更豐富互連接口、更高集成度的方向發(fā)展。為響應國家的節(jié)能減排，低功耗綠色能源是今后的重中之重；和其他相關電子設備的互連和互操作性的增強，可以為用戶提供更舒適的感官體驗；最后，高集成度便于系統(tǒng)設計，加速產(chǎn)品上市時間和市場推廣。”
謝曉東表示：“針對流量表特殊的要求，流量表對于系統(tǒng)的要求將是更低功耗。下一代微控制器，將提供更低功耗，更簡便的流量計量外設，提供更強大的自動抄表外設模塊。”
Magnus Pedersen則站在行業(yè)標準角度說：“用于三合一儀表的微控制器的開發(fā)正在慢慢演進，現(xiàn)有數(shù)個標準組織在制訂這一方面的標準。例如，IEEE標準組織正在制訂應用之較低層的標準，尤其是應用硬件部分。當今的標準僅包括802.1503 A/B以及僅在中國使用的802.1504C.IEEE還特別組織參與了802.1503G的標準化工作，以幫助加入附加的功能，并隨時間而提高成熟性。隨著時間推移，所有這些標準都將由業(yè)界共同開發(fā)，從而建立三合一的智能儀表。”
未來的智能電表將朝什么方向發(fā)展，我們拭目以待，但有一點我們可以肯定，智能電表體積將越來越小，功耗將越來越低，功能將越來越強。至于未來的電表芯片，高集成、低功耗是必不可少的。還有一點不能忽視：要想在中國大面積的普及智能電表，芯片的價位一定要適合中國的國情，能降則降！
