摘要：  根据赛迪顾问2011年2月的研究，2010年全球智能电表主控芯片市场销售额达到23亿9800万美元，中国地区智能电表主控芯片市场销售额为32亿2600万人民币。

关键字：  民用三表，  智能电表，  水表，  燃气表，  MCU，  趋势，  英飞凌，  钜泉光电，  计量，  盛扬，  PI

由于我国对智能电网建设的大力投资，作为排头兵的智能电表一时成为世人关注的焦点，其实作为民用三表的水表和燃气表，它们与居民的日常生活息息相关，在目前全球推行低碳经济和节约资源的环保概念下，它们的智能化脚步也在大步迈进，智能电表、水表和燃气产业正在慢慢进入井喷阶段。

与传统机械式、半机械式的架构不同，智能三表采用的更为复杂的计量、强大的管理和通讯等功能。因此，随民用三表的智能化步伐的加快，相当可观的市场规模吸引了国内外半导体厂商正在大力研发和推广，它们采用各种新材料、新技术和新工艺设计新产品，在满足并能提升智能三表整体水平的同时，也希望从中分一杯羹。

智能三表发展潜力

智能电表

根据Pike Research2011年第一季度的报告表示，智能电表的安装数量每年的增长速度为37%，而亚洲和太平洋地区有关国家政府和电力公司积极推进智能电网使得这一地区智能电表的安装数量将从2010年的5280万个增加到2016年的3.503亿个。根据这项报告，到2016年中国的智能电表的安装数量将占到亚太地区所有智能电表安装数量的3/4以上。中国在亚洲智能电网市场的主导地位将一直维持到2020年，这是因为中国政府已经建立十年内安装6.82亿到7.82亿个智能电表的目标。

经过2009年、2010年的试点建设，随着中国国家电网、南方电网制定了智能电网的标准体系，2011年开始智能电网进入正式建设阶段，意味着2011年将成为中国智能电网产业大发展的元年。据行业分析师预计2009-2020年我国智能电网投资将达到4.3万亿元，年均3583亿元。在智能电网的结构中，大量智能电表将被推广，智能电表市场空间巨大。据分析，2010年我国智能电表装机达4000万只左右，据研究机构ABI预估，中国政府计划在未来五年内安装2.4亿块智能电表，行业将面临一个每年超过50亿元规模的市场。

智能水表

Pike Research在最近的一篇报告中提到，水资源日益增长紧张的压力迫使公共基础设施必须提高水资源的使用效率，其中一项最为重要的措施就是住宅智能水表的安装。Pike预计，到2016年全球智能水表安装数量将从2010年的800万增长到3180万个，直至2016年，智能水表的市场年收入将达到8560万美元，相比2010年增长110%。2010年至2016年期间，全球智能水表的投资将达到24亿美元。

智能燃气表

智能电表在智能电网中的重要作用尽人皆知，然而很少人知道高级量测体系(AMI)对于燃气公用工程是越来越重要了。紧随着智能电网工业的步伐，全球燃气公用工程市场也正在升级网络、输送、计量设备、试点工程，以及智能燃气表的最终安装部署。根据 Pike Research最新的研究报告，全球智能燃气表的安装量将在未来几年快速增长，2016年智能燃气表将从2009年的850万个增至3630万个。到2016年，全球最大的智能燃气表使用地区欧洲将安装1350万个，仅次于欧洲，届时北美智能燃气表的安装量将达到1220万个。

我国改善能源结构，低碳经济政策的推行，城市燃气普及率的不断提高，以及燃气表产品更新换代，这些因素势必对智能燃气表行业产生强大的上拉作用。

根据中国城市燃气协会保守估计，2008年以后国内每年更新或新安装的燃气表1000万台以上，其中智能燃气表占到30%以上，预计2010年以后国内市场对燃气表的年需求量可达1500万台以上，其中智能燃气表将占总需求的40%左右，而且需求量呈逐年上升的趋势，每年的增长率可达30%-35%，到2015年中国燃气表的总需求量可达到3500-3700万台左右，其中智能燃气表约占总需求量的50%-55%左右。

智能电表主控芯片市场

智能三表通常包括电源、电能测量内核、处理内核(微控制器)，以及RTC、LCD显示屏和通讯端口等其它附加模块。民用三表智能化的步步演进大力拉动了这些半导体的市场需求，它也成为半导体厂商全力奋争的大金矿，特别是对MCU厂商而言。

根据赛迪顾问2011年2月的研究，2010年全球智能电表主控芯片市场销售额达到23亿9800万美元，中国地区智能电表主控芯片市场销售额为32亿2600万人民币。具体情况如下表所示：

未来五年，随着西方发达国家市场饱和而发展中国家市场尚未成长起来，智能电表市场将出现一定程度的波动，赛迪预测，2015年全球智能电表主控芯片市场销售额将达到23亿400万美元，而在智能电表需求量持续增长及产品结构升级的双重因素带动下，未来几年，中国智能电表控制芯片市场将继续保持增长态势，在2015年市场销售额将达到40亿2300万人民币。具体情况如下表：

技术趋势

随着民用三表逐渐从机械表往智能表过渡，加上新标准的出台，势必要求半导体技术做相应的改变。例如，2009年，国家电网公司出台了新一代智能电表标准，新标准包括12个规范，细化了单相智能电表和三相智能电表设计、制造、管理和维护的各项指标。技术在不断地进步，标准也会不断的出台，那么未来智能三表主要需要满足哪些技术要求呢?

英飞凌科技股份公司工业及多元化电子事业部智能三表业务副总裁Rossi Sergio

英飞凌科技股份公司工业及多元化电子事业部智能三表业务副总裁Rossi Sergio认为，除了众所周知的安全性，灵活性，和低成本化，在智能三表行业里主要挑战是产品的可靠性，即产品投入使用后，在相当长的时间(电表是15年)内要保证功能的可靠性，特别是内置的数据存储的安全和同时还必须对应严厉的环境条件(如 -40°C 到 +85°C工作温度)，这对半导体芯片厂商来说是很大的挑战。这些挑战主要包括：电力线的静电保护;嵌入式电流/电压传感器，达到其自动检测的效果;系统芯片集成，实现单芯片解决方案;同时具有高度的加密功能，可保证智能表的安全使用。

钜泉光电市场部经理刘海军认为智能三表芯片需要满足高度集成化的技术要求，系统外设如spi接口和i2c接口至少需要2个以上，还需要具备uart等接口。同时，为了满足智能三表的低功耗需求，系统要求必须有多种工作模式，每种模式都需要满足不同的功耗要求，并保障平均功耗足够低。

盛扬半导体深圳分公司总经理蔡荣宗表示，现阶段智能三表仍以IC卡形式为主，即“先付费后使用”，这种方式显然剥夺了没钱人的喝水、用电的权利，发达国家都不推行这种方式。所以今后的智能三表会朝着远传方式发展，即先使用后付费。今后的抄表方式应该更加智能化，集中抄表、自动抄表会越来越受欢迎，今后的水电表不仅要能够计量水电的用量，还要将这些数据自动准确的传到计费中心。同时，还要将水电表的运行状况反馈回监测中心，以方便工作人员及时对损坏的水电表进行维修。所以，以上这些功能都无疑对MCU提出了更大的挑战，在MCU资源性能上提出了更高的要求，如，需加入UART功能模块等等。

高精度计量

计量是智能三表最主要的功能，如何提高智能三表计量可靠性一直受到企业和用户的高度重视。盛扬蔡荣宗表示：“从方案上来看，影响电子式水电表计量精度主要有以下三个因素，一、传感器性能;二、MCU性能;三、软件处理方法。其中，传感器用来将水、电的流量转换成MCU可以处理的数据，MCU将这些数据进行计算然后传输到远端计费中心。所以传感器和MCU任何一个出了问题，都会影响计量的精度。我司目前只提供MCU部分，我们的MCU拥有12bit的ADC，可以精确的将传感器传过来的数据传入内部进行计算，最后，软件部分就要依靠广大水电表厂家的力量来使整个方案的精度做到最好了。”

盛扬半导体深圳分公司总经理蔡荣宗

刘海军认为：“可靠性方面从芯片设计，制造，测试，以及相应的可靠性试验进行保证。提高智能三表的计量精度这很大程度上与ADC的位数和精度有关系。钜泉光电在这方面的技术积累时间很长，在国内外电表领域占有一定优势。我们通过提高ADC精度(保证足够的线性度以及对小信号的测量精度)、稳定性和一致性，来保障电表系统的计量精度。”

据其介绍，ATT7022是一颗高精度的三相电能计量芯片，在1000:1的动态范围内功率测量精度优于0.1%，电流和电压的有效值测量精度优于0.5%。内部集成了7通道16位ADC和高性能的24位DSP，可直接通过SPI通讯接口输出所有测量参数，包括有功、无功和视在功率，双向有功和四象限无功电能，电压和电流有效值，相位，频率等。支持软件校表。适用于三相三线和三相四线的多功能电能表。钜泉目前推出了一款最新产品ATT7122，它的性能比ATT7022更为优越，动态范围3000：1，误差跳动小，全失压时功耗4.5mA，方便分次谐波计算。

英飞凌Rossi Sergio介绍说：“英飞凌公司拥有独自专利技术的“Digital ADC”架构，可实现更高精度的计量技术。该架构的设计融合了传统的16位ADC的Sigma-Delta结构以及稳定的近乎全数字化的方法，可实现高精度和高动态范围。同时出于安全性考量，该计量的软件是存储于特定的存储空间，并独立运算。所有应用程序不会对它产生影响。”

低功耗

电源是维持智能三表长时间正常运作的保障，而且智能三表的功能也越多丰富，中国国网新标准规定，在电池供电的情况下，智能电表需要维持5年的正常运作，因此低功耗逐渐成为智能三表产品非常重要的技术要求。Power Integrations公司电器及工业应用领域的产品营销经理Silvestro Fimiani介绍说：“PI正在通过两种途径使长寿命、低功率智能电表成为可能，这要归功于我们器件的内在质量及其低功耗特性。”

Power Integrations公司电器及工业应用领域的产品营销经理Silvestro Fimiani

Silvestro进一步解释说：“器件质量，实际应用证明我们器件的现场故障率低于1 PPM，我们的IC已被世界上众多长寿命产品的顶级制造商所选用。此外，由于我们所有器件的典型FIT(一定时间内的故障数)都仅为1，我们能够保证它们连续正常工作超过5年以上。

在谈到功耗问题时，我们需要先看下电源的工作原理。在典型智能电表应用中，电源仅在传输数据时进行短时间的最高功率运行。在其他时间，电源的工作负载极低，仅用于测量电能使用情况。自1998年以来，Power Integrations的所有产品都已集成我们的EcoSmartä技术，该技术可对电流进行智能管理，在所有负载条件下均维持高效率，从而大幅降低待机功率。没有负载时，EcoSmart技术可有效关闭电源，使功率接近于零。因此，使用Power Integrations的产品(如TinySwitchä和LinkSwitchä IC)设计的智能电表电源与基于其他IC或低效率线性解决方案的电表电源相比，其效率将高出很多。”

英飞凌Rossi Sergio表示，低功耗历来都是英飞凌公司的强项，英飞凌的芯片设有4种工作模式，都可由软件来设置和控制以达到最佳的低功耗效果，特别适用于需要长时间保证电池可靠性的智能3表应用。

盛扬蔡荣宗则表示，盛扬的产品采用Tiny Power技术制成，例如HT68F30在3V，4MHz条件下工作电流可以降低到0.7mA，静态电流可以降低到1uA。除此之外，Holtek产品还提供Green Mode，可以软件控制MCU工作在正常，低速，睡眠等工作模式，并可以通过软、硬件唤醒，最大程度的降低了MCU的功耗。

低成本、集成化

目前，智能三表的竞争非常激烈，成本控制成为三表企业的一项重要指标，因此集成化产品为三表企业提供了更多的选择。然而对于集成计量芯片业界态度比较谨慎。盛扬蔡荣宗表示：“集成化是趋势，但新产品出来之后势必有个适应过程，大家采取谨慎态度也在情理之中，但相信随着产品方案的成熟，集成化产品会逐渐被客户接受的。我司HT68FU50已经集成了UART，而HT67F系列则集成了LCD Driver，ROM Size也有不同等级，可供用户灵活选择，另外我司还可以根据客户具体的需求以及实际情况，为客户量身定制特定型号的MCU，从客户角度出发，以市场为导向，是我们一直以来的习惯做法。”同时，他还表示，盛扬是一家本土IC设计公司，拥有天然的地理优势，所以在成本上可以向客户提供具有竞争力的价格支持。

而英飞凌Rossi Sergio认为：“计量的确是智能表的挑战，原因在于需要保证长久的精度和稳定性，因而要集成于主芯片内，往往要有很大的挑战，特别是芯片的设计技术和制造工艺，英飞凌在以往10多年，在数模混合SoC，特别是要求很高的无线模块集成方面积累了很多的经验和客户产品群，足以让我们有信心做好计量模块的集成。”

他还表示，英飞凌的单芯片解决方案不仅给客户带来BOM的低成本化，同时还可帮助客户在缩短生产周期，测试时间，同时我们采用汽车级的芯片工艺，大大保证的产品的稳定性。另外，英飞凌的芯片基于32位高速处理器的架构，以及集成了几乎所有的外围功能如：LCD驱动，温度传感，温度补偿，高精度RTC。所有的处理和管理功能都可以由32位ARM处理器来执行。

钜泉光电刘海军认为钜泉光电的高集成度SOC方案能够很好地帮助三表企业成本控制，因为钜泉SoC方案在芯片设计时就从应用的角度考虑减少外围器件，因而就缩小了所占PCB板面积，高度集成的方案替客户减少产品的设计周期，从而更一步减少成本。

据介绍，钜泉SoC方案主要针对单相电表，具有低功耗、功能全面等特点，基本上满足国内外客户设计的需求。ATT703X是钜泉SOC芯片的升级版本，片内集成单相计量、处理器、电源管理，时钟管理，PLL，JTAG调试等功能。有功电能测量误差小于 0.1%，动态范围大于 1000:1，支持 IEC62053-21、IEC62053-22 标准的精度要求;无功电能测量误差小于 0.5%，动态范围大于 1000:1，支持 IEC62053-23 标准的精度要求;电流有效值测量误差小于 0.5%;电压有效值测量误差小于 0.5%;具有三路 ADC，支持单相两线制、单相三线制，支持防窃电功能，窃电阈值可灵活设置。

受访企业介绍

英飞凌公司在智能电网领域是被公认的技术领先公司，我们在智能电网和智能三表方面拥有完善的系列产品，包括了耐超高压半导体，用于高压直流驱动和逆变器，还有高精度计量和控制芯片，PLC及RF通讯芯片，电流/电压/位置等传感器……英飞凌产品主要特点是：长久专注于智能电网市场，积累了丰富的技术和应用经验;高质量和高可靠性的产品;完整的智能电网和智能三表解决方案。

盛扬在目前在水表产品上提供了完善的方案，从主控到周边的元器件均有涉及。其中，MCU部分包括HT68F和HT66F系列和LDO部分，盛扬可提供高精度产品，偏差可以控制在正负百分之一以内，通信IC方面包括HT71D02、HT71D04，为数据传输以及从机电源提供了新型的总线方式。最后，在LCD Driver方面提供HT1621/2，可以为LCD显示提供灵活的方案。在产品特性方面，盛扬产品采用低功耗技术，经过了严格的测试，拥有较强的抗干扰能力，达到了工业级标准，广大用户可以放心使用。

钜泉是一家致力于集成电路设计、开发和销售的高科技企业，主要产品包括智能电表相关的计量芯片，SOC，电力载波芯片等，并提供相关的技术咨询与技术服务。在单相计量、三相计量及SOC领域等均推出了具国际水准的高性能、高品质且成熟稳定的解决方案，并广受市场肯定和欢迎，已取得国内领先的市场地位。

Power Integrations公司是用于高能效电源转换的高压模拟集成电路业界的领先供应商。由于Power Integrations公司在高压集成电路方面所取得的技术创新，实现了尺寸小、结构紧凑、用于各种电子产品的高效率电源。Power Integrations可提供一系列高度集成的高压IC，用于设计仪表及智能电表应用中的离线转换器。每片IC都包含一个700V功率MOSFET，它在一个单芯片上集成了控制及保护电路。其功能包括电流限流和热关断(提供自动故障恢复功能，可增强电源可靠性)、频率调制(可降低EMI)，并采用EcoSmart技术，可极大地降低待机能耗。