關(guān)鍵字：智能電表市場(chǎng) 智能芯片 國產(chǎn)MCU 電子實(shí)驗室模塊
國家電網(wǎng)在2015年計量工作推進(jìn)會(huì )議上確定，今年的計量工作目標包括安裝智能電表6060萬(wàn)只，累計用電信息采集3.16億戶(hù)，總覆蓋率>80%；整體日均采集率>97.5%。重點(diǎn)工作是加快國網(wǎng)和省級計量中心能力提升，加快電能表和采集系統建設進(jìn)度，在2015年第一批集中招標采購中，完成全年智能電表和采集終端設備的采購任務(wù)，城市范圍24萬(wàn)臺老舊終端力爭2015年全部完成更換，開(kāi)展農村地區采集終端的軟件升級完成60%，老舊終端的更換完成50%。此外，還要實(shí)施計量全業(yè)務(wù)全過(guò)程的精益化管理、提升智能化水平。
圖1：中國國內市場(chǎng)狀況及發(fā)展趨勢
圖2：智能電表出口市場(chǎng)的狀況以及趨勢
圖3：智能電表的儀表測量及通訊發(fā)展趨勢
此外，國家也在積極開(kāi)展技術(shù)創(chuàng )新與應用，要求深化智能雙向互動(dòng)技術(shù)研究，創(chuàng )新智能電表雙向互動(dòng)方式。北京電力利用寬帶電力線(xiàn)載波，實(shí)現手機APP與智能電表雙向互動(dòng)的驗證工作，技術(shù)方案是可行的，2015年將深化應用。還要深化研究電能表系統級芯片技術(shù)，開(kāi)展諧波電表與IR46電能表國標建設的應用研究，建立數字化電能計量技術(shù)標準和量值溯源體系。
瑞薩：實(shí)現PLC類(lèi)智能電表標準推廣
瑞薩電子（中國）有限公司市場(chǎng)部秦利剛指出，PLC類(lèi)智能電表在2014全年招標上已經(jīng)超過(guò)了70%的份額，其中，單相表總共招標數量超過(guò)8千萬(wàn)只，三相表招標數量超過(guò)7百萬(wàn)只。瑞薩電子預測從2011年8097.5%到2015年，PLC類(lèi)智能電表的符合年增長(cháng)率會(huì )達到52%。
圖4：國網(wǎng)智能電表近年招標情況
他繼續表示，不同國家對電表有不同的通訊技術(shù)要求，比如無(wú)線(xiàn)通訊有要求GPRS、Zigbee、WiFi，而有線(xiàn)有PLC等?，F在來(lái)看，歐洲或日本等國家的表廠(chǎng)引領(lǐng)著(zhù)G3-PLC或者PRIME的技術(shù)發(fā)展，中國目前主流仍是基于FSK/BPSK調制解調方式，不利于部分新功能的實(shí)現。盡管瑞薩不能主導中國PLC的標準，但會(huì )努力與合作伙伴共建基于OFDM窄帶PLC技術(shù)的實(shí)現與推廣。
作為PLC全球標準化的重要貢獻者，瑞薩參加了所有PLC聯(lián)盟的標準化制定工作，包括G3-PLC、PRIME以及IEEE P1902.1等，G3聯(lián)盟更是選擇瑞薩PLC方案作為golden unit來(lái)進(jìn)行認證參考。因此，瑞薩電子基于OFDM調制解調的窄帶PLC解決方案，支持國際通用的G3-PLC以及PRIME等多種標準協(xié)議。
該方案由瑞薩電子提供高度集成化、一體化的專(zhuān)用PLC芯片和與之搭配的MCU等硬件組成，并提供已獲得G3及PRIME聯(lián)盟等各類(lèi)認證機關(guān)認證的軟件，為客戶(hù)提供高度靈活性的PLC參考設計板、套件以及相應的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具，幫助客戶(hù)快速完成設計。UPD809508是瑞薩推出的第二代PLC新品，支持全球不同制式的PLC標準，內置PHY層算法、MAC控制器、模擬前端、128位AES編解碼，最大功耗僅為250mW。此款產(chǎn)品既能協(xié)助中國本土客戶(hù)實(shí)現技術(shù)升級，同時(shí)也可幫助國內表廠(chǎng)應對不斷擴大的出口訂單需求，特別是對G3/PRIME PLC有要求的智能電表。
秦利剛還表示，瑞薩電子中國一直樂(lè )于與中國國內不同合作伙伴共同建設基于OFDM窄帶PLC技術(shù)，包括最新雙模異構等不同需求的PLC技術(shù)的建設。
Silicon Labs：低功耗+30年的待機時(shí)間
智能計量的主要驅動(dòng)力在于人類(lèi)對未來(lái)能源和環(huán)境狀況的擔憂(yōu)，對能源使用更智能的管理可減少浪費，緩解人類(lèi)活動(dòng)對環(huán)境的壓力。Silicon Labs的主打牌便是超低功耗，其授權代理商世強先進(jìn)科技資深技術(shù)工程師齊凌杰介紹說(shuō)，目前Silicon Labs主推的MCU分別是號稱(chēng)業(yè)內功能集成度最高的8位EFM8 Bee MCU和最低功耗的32位EFM32 Gecko MCU。
 世強先進(jìn)科技資深技術(shù)工程師齊凌杰 |
EFM8 MCU主頻最高50MHz，新型的EFM8 Bee系列產(chǎn)品包括三類(lèi)高集成度、外設豐富的MCU產(chǎn)品，這些產(chǎn)品為滿(mǎn)足特定開(kāi)發(fā)人員的需求和應用而進(jìn)行了優(yōu)化。Bee系列產(chǎn)品命名正強調了EFM8平臺的可擴展的性能、能源效率和高產(chǎn)出率。這些MCU通過(guò)了高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢，包括高速流水線(xiàn)8051內核、超低功耗、精度模擬、增強的通信外設、集成的振蕩器、小尺寸封裝，以及能夠提供靈活的數字和模擬復用、簡(jiǎn)化印刷電路板（PCB）設計和I/O引腳路由的先進(jìn)Crossbar架構。EFM32 Gecko MCU系列具有高達128kB、8–16kB RAM的閃存，以及速度高達32MHz CPU的配置?；贏(yíng)RM Cortex-M3內核，Gecko系列采用創(chuàng )新低能耗技術(shù)，節能模式喚醒時(shí)間縮短，可搭配各種外圍設備，是電池驅動(dòng)應用及其他需要高性能和低功耗系統的理想選擇之一。
智能計量的主要功能除了對能源消耗的測量、控制和對系統的故障的診斷外，還強調了不同系統間的互聯(lián)互通，與無(wú)線(xiàn)技術(shù)緊密結合，是突破嵌入式技術(shù)的新興快速增長(cháng)領(lǐng)域。Silicon Labs的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品線(xiàn)成員還包括Sub-GHz收發(fā)器系列、Zigbee系統、無(wú)線(xiàn)MCU、Bluegiga系列的藍牙和WiFi，專(zhuān)門(mén)針對中國快速增長(cháng)的智能電表市場(chǎng)。
新型Si4438C EZRadioPRO IC設計使無(wú)線(xiàn)傳輸距離和電池壽命最大化，同時(shí)降低智能電表30%的物料（BOM）成本。該收發(fā)器專(zhuān)為425-525MHz ISM頻段設計，發(fā)射功率為20dBm，接收功率-124dBm，因此也是室內能源管理系統和其他智能電網(wǎng)基礎設施應用，諸如遠距離回程通信到服務(wù)公司應用的理想sub-GHz無(wú)線(xiàn)解決方案。此外，其40nA待機電流、極低的發(fā)射和接收狀態(tài)電流、快速喚醒時(shí)間也使得電池使用壽命大大增加。
齊凌杰強調說(shuō)：“Si4438收發(fā)器，可滿(mǎn)足中國智能電表市場(chǎng)對性能、系統成本和規定的要求。以四節AA電池為例，經(jīng)過(guò)計算，EFM32TG840+Si4438的待機時(shí)間長(cháng)達30年，是業(yè)內最低功耗的無(wú)線(xiàn)抄表方案。”
華虹：國產(chǎn)MCU新晉者
上海華虹集成電路有限責任公司此前作為智能卡與信息安全芯片解決方案供應商為人所熟知，但是從專(zhuān)用MCU走向通用MCU則是一個(gè)非常巨大的跨越。今年4月，該公司推出了國產(chǎn)第一款超低功耗MCU，業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理南宮榮介紹了針對計量產(chǎn)品中的應用。
 上海華虹集成電路有限責任公司業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理南宮榮 |
據南宮榮表示，華虹MCU采用了8051核、ARM核、Dolphin及國內自主內核，架構豐富靈活，同時(shí)提供超低功耗技術(shù)，值得一提的是其突出的抗攻擊安全性，以及DES、AES、RSA和ECC等國家商用密碼算法。華虹MCU對計量的支持還包括無(wú)計量芯片、簡(jiǎn)單計量芯片和復雜計量芯片三種方式，對顯示產(chǎn)品的支持也覆蓋從液晶顯示到報警式顯示等，支持各種傳輸接口、增強抗干擾性。
“華虹MCU的主要特點(diǎn)是一低一高。是低價(jià)格、高配置嗎？”南宮榮笑稱(chēng)，”非也。我們的一低一高是低功耗和高安全。”他解釋說(shuō)，智能表計中最核心的部分是超低功耗MCU，追求MCU的極致低功耗，無(wú)疑是MCU的最本質(zhì)要求。華虹設置多種模式來(lái)確保超低電流，同時(shí)，低于3μS的芯片從超低功耗模式下喚醒時(shí)間，有效降低系統啟動(dòng)的功耗，系統反應更為敏捷。
在滿(mǎn)足低功耗要求之外，MCU還有另一更為重要更為迫切的使命有待完成，即高安全性。隨著(zhù)智能電網(wǎng)規模的擴大，系統復雜程度也在增加，如大量智能表計以及交互后臺的介入，電表網(wǎng)絡(luò )的安全問(wèn)題將會(huì )越發(fā)突出。特別是當雙向互動(dòng)越發(fā)頻繁后，網(wǎng)絡(luò )邊界進(jìn)一步向用戶(hù)側延伸，用戶(hù)側的安全危險將越來(lái)越突出，端對端的防護就顯得尤為重要。因此，智能表計亟待加強的工作有：一是如何保證終端的安全接入，二是如何防止一些敏感數據的泄露。
華虹的安全基因促使其新推出的MCU將提供128位JTAG密碼授權保護，可以保護芯片內部的代碼不被非法讀取或改寫(xiě)，并且集成了抗各種攻擊分析的硬件加密協(xié)處理器以及硬件64位真隨機數模塊，每顆芯片還具備唯一8位設備標識號。使用特殊的加密技術(shù)不僅可以驗證交互信息的正確性，同時(shí)還能檢查通信雙方身份的合法性，從而保證信息傳送的安全性。智能表計MCU內部集成了類(lèi)似于智能電表的ESAM芯片功能，不僅具有數據存儲功能，還具有數據安全保護，復雜密碼運算等功能。
圖5：華虹MCU的主要特點(diǎn)
預計未來(lái)，超低功耗MCU的發(fā)展將朝著(zhù)以下方向進(jìn)行突破：1、采用更先進(jìn)的工藝線(xiàn)，進(jìn)一步降低MCU工作功耗，如90nm比180nm的MCU動(dòng)態(tài)功耗下降了60%以上；2、采用創(chuàng )新的功耗管理模塊，讓超低功耗MCU的功耗進(jìn)一步降低；3、進(jìn)一步優(yōu)化MCU自身架構，更好的為智能表計服務(wù)；4、集成度更高，將智能表計系統的外設集成入MCU內部；5、集成硬件國密算法，保障系統信息安全性。
移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
