近年来,随着中美等国家智能电网概念的提出和建设,与之配套的智能电表再次成为业界关注的重点。中国政府计划未来五年全国范围内,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。从长远来说,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。高速增长的智能电表市场凭其极大的芯片需求成为各半导体厂商角逐的战场。
智能电表需求强劲 拉动半导体器件需求
令人欣慰的是,虽然世界经济深受金融危机的影响而令人担忧,但全球智能电表市场却需求强劲。据预测,全球年需求量仅美国智能电网计划就会增加1800万块智能电表,使美国智能电表总数达到4000万块,这还不包括配套的抄表系统。预计到2020年,智能电网将覆盖全世界80%的人口。2013年,与智能电网配套使用的智能电表安装数量将达到7.6亿块。
智能电表将与3G智能手机、上网本、蓝光 DVD播放机、液晶电视、监控和医疗电子将成为2010年最流行的电子产品,将极大的刺激包括电源、计量芯片、MCU及RTC、LCD显示屏和通讯端口等其它附加模块的需求。世界各大半导体厂商纷纷押宝智能电网需求下的智能电表芯片市场。
精度更可靠 功能更强大
由于电表与居民生活息息相关的特殊性,以电表为代表的民用三表成为消费者投诉的主要对象,摆在首位的就是电表计量的精确问题。后起的电子式电表解决了感应式电表计量精确问题。目前民用电表精确性没有问题,都是按照国家标准,甚至是高于国家标准来操作,计量芯片技术已经非常成熟,绝不会因为芯片的原因影响电表的精确性。同时,随着制作工艺的改进,困扰电表的质量问题基本得到解决,因某个元器件突然失效而导致整个电表失效的情况已经成为过去。
切合实际的抄表系统要从多方面考虑,首先你不能太贵,第二是有可实现性。说到电表就不得不说偷电这个现实问题。随着窃电方式的更加多样化和隐蔽化,对电能表防窃电的要求也越来越高,机械表对此已越来越力不从心,电子式电能表则表现出了强大的优势。防偷电需要硬件软件相结合才能解决好问题,在硬件没问题的情况下,目前的芯片都能有效地防止偷电行为。
现在很多半导体公司的方案对于防窃电都是通过MCU软件来实现的,以飞思卡尔的MCF51EM256为例, MCF51EM256加入了可编程延迟模块(PDB) ,集成了防盗电检测的实时时钟(iRTC)。该iRTC可以由独立的电池进行供电,拥有独立的32768Hz晶振,拥有专门的防窃电检测管脚进行开盖检测,当检测到电表盖被打开时,会自动通知CPU并自动记录开盖时间。另外,当iRTC检测到对其独立供电的电池被断开时,也会自动通知CPU并记录时间。做到从硬件协助客户进行防窃电取证和记录,增强了系统的可靠性,这些功能使得该iRTC具有可靠的防窃电功能。这些都是业界领先的技术。
下一代微控制器,将提供更低功耗,更简便的流量计量外设,提供更强大的自动抄表外设模块。电表设计商通常使用软硬件结合的方式来处理窃电检测,此方法会占用较大系统开销,并且软件方式存在功能失效的可能性。对此问题,会在后续产品中推出硬件实现的窃电检测接口,并且耗费的功耗很低。
高集成度和低功耗在电表应用中不是对立的。高集成度侧重于当芯片处在正常工作模式时各个外设的连通性能;而低功耗运用在芯片掉电模式下,此时外设已基本关闭。爱特梅尔的MCU能够解决反偷电难题,其BitCloud PRO堆栈已经获得 ZigBee Smart Energy产品认证,BitCloud Smart Energy可将建筑物室内(in-premise)的设备(如电表、自动调温器和智能电器)相互连接,并连接至区域电力输送和控制网络,为电力公司提供了安全、可靠且易用的无线家庭区域网(home area network, HAN) 技术。爱特梅尔的BitCloud SE通过基础的安全性和协议堆栈,确保整个HAN完全的互操作性和无缝通信,并带来ZigBee Smart Energy设备的完整参考实施方案。此外,爱特梅尔的所有BitCloud ZigBee Smart Energy堆栈完全支持椭圆曲线加密法(Elliptic Curve Cryptography, ECC)以增强设备的加密性能。
用于三合一仪表的微控制器的开发正在慢慢演进,随着时间推移,所有标准都将由业界共同开发,从而建立三合一的智能仪表。电表芯片将集成更多功能,例如计量,LCD,实时时钟,甚至有半导体厂商还在积极考虑集成电力载波模块,无线模块到单芯片方案中等等。现在SoC应用的很多,但用的也不是很理想。首先,从成本上考虑,SoC没有比原来的方案少多少;第二,集成之后灵活性大打折扣,还不如一个计量芯片加一个控制芯片。SoC要推广的话也解决两个问题:一是成本问题,二是现实需要问题。有些政策要求必须使用ADI 的计量芯片,如果把ADI 的计量芯片集成到SoC里面去了,就不好确定是不是ADI的计量芯片了。
对于低功耗问题,做电表的芯片首先就得考虑是低功耗,低功耗主要表现在停电等特殊时刻,就是在由电池供电的情况下,最有效、长时间的记录信息,显示信息,完成抄表。目前,市场上的芯片低功耗方面还是可以的,因为现在很多IC厂家都瞄准了低功耗方面,很多芯片都达到了低功耗的要求。飞思卡尔有独特的超低功耗技术, MCF51EM256也是基于同样超低功耗技术的芯片。飞思卡尔低功耗单片机提供灵活的电源管理模式,客户可以根据实际应用的需求,进行必要的设置,达到最佳的功耗性能比。
(责任编辑:李莎)