艾萨半导体“量身定做”主控芯片 发展中国智能电表市场

摘要：  近年来，受电力行业整体发展及全国性城乡电网改造等因素的影响，电能表成为我国仪器仪表产业中增长最为迅速的行业之一。智能电表目前使用IC卡充值，未来随着物联网的发展，联网充值将成为趋势，有效解决了记录和收取电费困难的问题。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，其作用举足轻重，成为实现智能电网“信息化、自动化、互动化”特征基础的关键环节和先行者。

关键字：  仪器仪表，  智能电表，  MCU芯片

近年来，受电力行业整体发展及全国性城乡电网改造等因素的影响，电能表成为我国仪器仪表产业中增长最为迅速的行业之一。智能电表目前使用IC卡充值，未来随着物联网的发展，联网充值将成为趋势，有效解决了记录和收取电费困难的问题。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，其作用举足轻重，成为实现智能电网“信息化、自动化、互动化”特征基础的关键环节和先行者。

据IHS iSuppli公司，2016年全球智能电表出货量将从2011年的2050万个增长到6200万个。2016年全球智能电表所使用的半导体的销售额将从2011年的5.056亿美元上升到11亿美元。下图所示为IHS iSuppli公司对于全球智能电表出货量与相关半导体销售额的预测。

我国一直是电能表生产大国，目前智能电表已经达到或接近发达国家技术标准，生产和研发能力也已经能够满足国际市场的不同需求，具有较强的国际市场竞争力。中国政府计划未来五年在全国范围内，安装2.4亿块智能电表。这意味着在2012年到2015年之间的三年内，中国每年新安装的智能电表将高达到8000万块。从长远来看，考虑到中国13亿人，中国安装智能电表的总量应该是5亿块，中国将成为全球最大智能电表消费市场。

单、三相电表主控芯片差异加大 需重新设计智能电表方案

2009年新的国家智能电表标准出台后，对智能电表的计量、费控、通讯、功耗、显示、电磁干扰指标甚至存储等方面进行了详尽、严格的要求，导致国内众多单、三相电表的主控芯片的差异进一步加大。几乎所有的电表企业都要重新设计方案。

北京美科芯科技作为美国艾萨半导体的大陆区总代理，多年来一直致力于艾萨产品线的积极拓展与技术推广;其产品经理冯磊指出，艾萨半导体的单相、三相智能表主控芯片以提供先进的计量功能、高集成度的电表芯片和方案为主要目标，向国内众多电表厂家提供全套的解决方案。其中2款智能表主控芯片SN6501、SN6503是内部采用24bit Σ-ΔADC，最低500K采样速率，带有算法硬件电路，具有温度测量功能的芯片。

SN6501芯片可用于实现2线或3线制单相表设计，计量电压、电流、有功、无功、基波/谐波功率、功率因数在内的近10项参数。SN6501芯片实现1000:1动态范围内±0.1%的计量精度，其优异电压基准25ppm/℃的设计更好的保证计量精度，内带电压监测单元，最大限度的方便单相表的设计。

而SN6503芯片是内嵌MCU单元的三相智能电表主控芯片，除实现上述计量功能外，内带LCD驱动，SPI、I2C、SUART接口，以及带温度补偿的RTC。使用SN6503芯片可方便的实现三相智能分时段复费率电表的设计。

新国网标准规定的功能很全面，在新国网标准电表设计方面NEC、恩智普、飞思卡尔，都在设计新型智能电表芯片。艾萨半导体三相智能电表的设计采用COTEX-M3内核的ARM单片机和高精度电量数据采集芯片为核心，利用计算机和离散数字分析技术，集中测量各种电力参数和四象限电能，并覆盖分时计量、需量计算、事件记录、红外抄表，大屏幕LCD显示等功能。在精度和功能设计上符合国家电网智能电表系列的0.5S级三相智能电能表的技术规范，性能指标符合国家Q/GDW358-2009标准的技术规范要求。

另外，艾萨半导体借助自身的优势，结合国内智能电表的现状，以高度集成，一片式解决方案的思路，为国内众多电表设计厂商提供有效解决系统鲁棒性差、抗干扰能力低的问题，同时在降低电表设计门槛，降低功耗方面提供独特的解决思路。目前艾萨半导体在现有产品的基础上，又在研发带有载波功能和其他抄表功能的智能电表芯片。

快速推出高质量同系列电表 按标准“量身定做”应对挑战

目前国产的智能电表都是使用模拟采样芯片和MCU芯片的实现方式，这与国外电表设计公司有很大差异。国外电表设计公司都有自己定制的芯片，不同种类电表使用不同芯片，一般都是片内总线上设计多个硬件模块形成系列芯片，更换软件或增减硬件模块实现主控功能，这样做的优点是推出同系列电表的速度快且质量水平高的多。

国内电表方案存在如下弊端：1、多芯片“拼凑”无法达致硬件的最佳配置而且造成成本增高和可靠性下降。2、众多功能靠软件编程来实现，当意外或编程者未考虑到或编程错时，电表将会出现故障;3、MCU容易在外干扰下死机，造成电表不能正常工作。

新国网标准颁布后新型电表需求数量巨大，数百个厂家竞争，低端报价已接近成本价，基本无利可图;MCU编程工程师水平参差不齐，各厂检测能力和思路不同，好多产品问题发现时已大批量出货，很难在大批量生产条件下保证质量。

“针对这种问题，我们采用智能电表主控芯片按标准“量身定做”的方式。”冯磊表示，“除必须独立的某些功能电路外，实现智能电表设计的其他功能尽量集成在芯片中，智能电表的一些重要功能，在片内独立运行并“硬化”，以提高产品的运行可靠性。这样定制的芯片集成度更高、可靠性更强，成本更低，更重要的是减少生产环节的质量问题，便于规模化生产。”

智能电网大规模建设改造 智能电表将得到全面发展

电能表是中国电工仪表行业中产量最大的产品。近几年，国家连续出台多项与电能表行业发展相关的政策，中国国家电网也在今年加大了对电网的建设和改造，并继续推行“社会主义新农村”、“一户一表”和“全民供电”等政策， 随着国家电网的发展规划“统一坚强智能电网规划”的正式出台，这一规划将为促进新能源发展构建一个清洁、安全、经济、高效的平台，被称为比3G更大的4万亿新引擎。

智能电网是一个完整的信息架构和基础设施体系，实现对电力客户、电力资产、电力运营的持续监视，利用“随需应变”的信息提高电网公司的管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平。而电力和信息产业都是中国经济发展的重要引擎，智能电网相当于是二者的融合，经济拉动能力不容小觑。

智能电网概念在终端用户的实现，必须要有智能电表系统以及与之配套的网络系统等基础设施。AMI(高级计量体系)是电网智能化建设的第一步，在智能电网的投资中所占比例最大，主要涉及大量的智能电表、传感器等设备，而AMI设备中占绝大多数的是智能电表。智能电网的推行使得庞大的终端电表汰换更新也势在必行，目前我国智能电表应用较少，智能电网建设全面铺开后，智能电表的相关企业将面临一个每年超过50亿规模的市场，将充分受益于智能电网的建设。新型智能电表至少须具备数字化、实时与双向通讯等功能。

因此，2012年到2015年这个阶段，在国家电网对智能电表已实现多次成功招标的基础上，将逐步进入更大规模的采购和用户智能电表换代安装阶段。各个智能电表的上游芯片供应商，整表生产商和服务商，将会在今后几年展开更大规模的资金，技术，产品等全方位的竞争，以获取在中国这个全球最大的电表市场取得更多的占有空间。

冯经理最后坦言：“我们相信，随着国家对能源应用领域更加科学规范的规划和引导，在节能减排，提高综合这个大原则指导下，中国的智能电表市场将在未来会有一个全面的发展，这对上游的芯片设计厂家和整表生产商会有一个更大的挑战。为此，我们需要坚定信心的是，只有不断的提高本身的技术能力才有可能在新一轮的竞争中占得有利地位。”艾萨半导体作为一家有着深厚计量芯片设计经历的全球性供货商，在电计量芯片积累了丰富的技术和服务经验，将为中国智能电表市场的发展贡献自己的力量。