- 智能電表需求旺盛
- 半導(dǎo)體器件發(fā)展受益
- 智能電表遠(yuǎn)勝感應(yīng)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(shè)，與之配套的智能電表再次成為業(yè)界關(guān)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(dá)到8000萬塊。從長遠(yuǎn)來說，考慮到中國13億人，中國安裝智能電表的總量應(yīng)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(dǎo)體廠商角逐的戰(zhàn)場。
智能電表需求強勁
拉動半導(dǎo)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(dān)憂，但全球智能電表市場卻需求強勁。據(jù)預(yù)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(dá)到4000萬塊，這還不包括配套的抄表系統(tǒng)。國際能源署預(yù)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(dá)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(shè)備網(wǎng)
iSuppli公司預(yù)測，智能電表將與3G智能手機、上網(wǎng)本、藍(lán)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(dǎo)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(yuǎn)勝感應(yīng)式電表
由于電表與居民生活息息相關(guān)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，甚至是高于國家標(biāo)準(zhǔn)來操作，計量芯片技術(shù)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(jìn)，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(dǎo)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?qū)е码姳沓霈F(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(dǎo)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(jié)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(dǎo)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(jìn)行供電，擁有獨立的32768Hz晶振，擁有專門的防竊電檢測管腳進(jìn)行開蓋檢測，當(dāng)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(dāng)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(jìn)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(lǐng)先的技術(shù)。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(shè)，提供更強大的自動抄表外設(shè)模塊。”
恩智浦半導(dǎo)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(shè)計商通常使用軟硬件結(jié)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(dǎo)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(yīng)用中不是對立的。高集成度側(cè)重于當(dāng)芯片處在正常工作模式時各個外設(shè)的連通性能；而低功耗運用在芯片掉電模式下，此時外設(shè)已基本關(guān)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(rèn)證，BitCloud Smart Energy可將建筑物室內(nèi)（in-premise）的設(shè)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(luò)，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(shù)。愛特梅爾的BitCloud SE通過基礎(chǔ)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(shè)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(shè)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(jìn)，隨著時間推移，所有標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(zhǔn)了低功耗方面，很多芯片都達(dá)到了低功耗的要求。”謝曉東認(rèn)同袁志明的說法：“飛思卡爾有獨特的超低功耗技術(shù)， MCF51EM256也是基于同樣超低功耗技術(shù)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(yīng)用的需求，進(jìn)行必要的設(shè)置，達(dá)到最佳的功耗性能比。”
金宇杰對芯片低功耗做了更詳細(xì)的介紹：“首先，在架構(gòu)設(shè)計時，我們會把針對電表應(yīng)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(dá)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(yīng)用的架構(gòu)和細(xì)節(jié)設(shè)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(yīng)用中不是對立的。高集成度側(cè)重于當(dāng)芯片處在正常工作模式時各個外設(shè)的連通性能；而低功耗運用在芯片掉電模式下，此時外設(shè)已基本關(guān)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(shè)；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(jié)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(yīng)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(shè)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(gòu)正是專為需要高性能和低功耗的應(yīng)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(shè)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(dá)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(dá)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(jìn)，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(fēng)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(rèn)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(yīng)用，這是國情決定的。”
童新銓則覺得，智能電表的關(guān)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。可目前，連多表集抄尚在嘗試階段，三表（電表、水表、燃?xì)獗恚┖弦幌攵疾桓蚁耄@一切并不僅僅是技術(shù)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(yīng)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(guān)電子設(shè)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(shè)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(shè)，提供更強大的自動抄表外設(shè)模塊。”
Magnus Pedersen則站在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)，現(xiàn)有數(shù)個標(biāo)準(zhǔn)組織在制訂這一方面的標(biāo)準(zhǔn)。例如，IEEE標(biāo)準(zhǔn)組織正在制訂應(yīng)用之較低層的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是應(yīng)用硬件部分。當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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！
