摘要：  作为智能电网的重要组成部件，为满足苛刻的市场要求，智能电表设计方案面临重大挑战。全球各大半导体原厂将采取何种策略在日益爆发式增长的智能电表市场争得先机?工程师又该如何面对创新设计新挑战?

关键字：  智能电网，  智能抄表，  智能电表

随着全球智能能源的快速发展，中国传统电网的智能化升级改造将带动一个万亿元级的产业兴起，智能电网在中国得到了各界的大力关注，也在迅速发展中。面对这一巨大市场机遇，半导体原厂纷纷抢进布局中国智能电网。

作为智能电网的重要组成部件，为满足苛刻的市场要求，智能电表设计方案面临重大挑战。全球各大半导体原厂将采取何种策略在日益爆发式增长的智能电表市场争得先机?工程师又该如何面对创新设计新挑战?拥有全球强大智能电表产品线的各大半导体原厂精英纷纷揭示智能电表的趋势及未来发展大计，相信电子发烧友网读者能从中获得第一手最具价值市场分析资源。

原厂精英之美信产品线总监-Kristopher Ardis

——做智能电表的安全卫士

把握三大重点，逐一攻破

在智能电网大力推广的今天，美信对此也投入了大量的人力物力。目前美信在智能电网领域主要关注三大关键技术，它们便是：

- 计量：精确测量用电量

- 通信：保证数据集中及智能电网设备远程控制的可靠性的相关技术

- 安全：不仅对所传输数据进行保护，也通过使攻击者无法控制关键基础设施的方式保护智能电网不受潜在的恶意攻击。

美信产品线总监Kristopher Ardis

这三大技术可以说是智能电网的真正核心，也是美信关注它们的原因所在。智能电网的根本目标是高效使用电能，同时适应新的配电方式。为达到这些目标，需要知道电能的去向、将数据和控制信号进行通信、并确保所有通信的安全性。美信的完备的电表片上系统(SoC)方案、通信调制解调器芯片组以及先进的安全微控制器等产品均是基于上述技术的。

全面方案，保驾智能电网

在智能电网迅速发的今天， 美信除智能电表外，还提供其它与智能电网相关的产品。Kris特别指出，美信的超高精度实时时钟技术能够在工业级温度范围内实现5ppm的精度。如此高的时钟精度正是目前中国市场所需要的，对于通信系统不是十分可靠的智能电网尤为重要。除此外，美信还具有丰富的接口产品，便于有线系统进行通信。它们的集成保护隔离技术能够在危险环境下保护终端用户，如：用户必须对连接在电网上的智能电表进行操作。

原厂精英之德州仪器市场拓展工程师-孙东

——以全套解决方案，全面包围智能电表

作为世界上最大的半导体公司之一的德州仪器，其产品线比较宽泛，除了MCU、计量、载波、有线通讯、ZigBee、小无线之外，它们还包含了智能电表所涉及的各主要技术，因此可以说是目前市场上覆盖智能电表应用产品最宽广的公司。

德州仪器除了推出智能电表相关的芯片级产品外，还推出了一些针对智能电表相关的应用方案和满足国际、区域标准的方案。比如ZigBee SEP2.0、低功耗无线组网协议栈、电能量计量算法库、DLMS的协议栈，wireless M-bus协议栈，符合G3/PRIME标准的OFDM PLC方案等等。

德州仪器市场拓展工程师 孙东

在智能电表方面，德州仪器主要关注的点有两大方面，第一是智能电表通信，包括电力线载波、无线通讯、低功耗无线ZigBee;第二是高精度的计量，包括电表SoC产品以及高精度计量芯片。

德州仪器标新立异DSP载波方案

目前几大半导体厂商像美信、ST都有自己主推的电力线载波方式，对此，德州仪器也有完善的G3/ PRIME载波方案。孙东表示他们跟其他几家是不同的：

其一，别的几家都是用ASIC专用芯片的方式，而德州仪器利用自身在DSP方面的积累，开发出了基于DSP平台的多协议载波方案。通过相同的器件平台支持不同的标准，包括SFSK，FSK、G3、PRIME、P1901.2 OFDM等方案，对用户来说针对不同的市场或者不同的技术标准，用户只要升级不同的软件协议栈就可以推出相对应的方案，无需进行硬件的更改。

其二，其他厂家可能有的只是G3，PRIME或者FSK，而德州仪器可以提供的方案除了G3，还包括SFSK，FSK、G3、PRIME、P1901.2，不同载波标准的覆盖面会更广泛一些。

其三，德州仪器在中国市场有比较快的进展，包括在国家电网和几个大的客户已经有样机和小规模的试点，通过试点可以了解到中国电网的一些特点，针对这些特点，德州仪器可以通过软件对现有的协议栈和通讯特性进行修改，这一灵活性是其他ASIC专用芯片厂商所不具备的。

孙东还特别指出，由于智能电网是德州仪器非常关注的一个市场，他们在美国设立了一个智能电网事业部，另外，在美国还有研发团队，应用工程师团队，在欧洲、中国、美洲都有当地的市场团队。

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原厂精英之飞思卡尔半导体公司市场开发经理-何英伟

——让智能电表的设计难题飞

安全解决方案，力迎设计挑战

目前智能电表的生产和应用正在蓬勃发展，飞思卡尔在该行业的发展也投入了很大的精力。他们针对智能计量和智能电网开发出了安全的终端到终端的解决方案，该方案支持从输电、配电、分站到入户的智能电网，能满足高效能源管理和分配面临的各种挑战同时还能协助解决设计上面对的挑战。

飞思卡尔半导体公司市场开发经理-何英伟

飞思卡尔方案的特点包括：

- 降低系统成本：必须缩短产品上市时间，R&D投资，和BOM成本，同时还増加了智能电网要求的功能;

- 低(系统)功耗：必须有高效率的仪表代码，可以以低处理速度为容性电源供电的仪表计算能量;

- 在故障戓掉电事件中的数据保存：有多种需求，包括一个低功耗的，能切换到电池供电的实时时钟，芯片内时钟补偿和日历功能，并且，如果外部晶体故障能切换到一个内部时钟;

- 防篡改：要求在任何篡改事件发生时，即使电源断开，也要有记录时间戳的能力。

另外，智能计量通信更复杂一些，何英伟表示它还需要更多的GPIO和串行通信模块(I2C，SCI和SPI)，有线戓无线通信。

多方合作，并肩齐飞

在应对快速发展的智能电网产业上，飞思卡尔半导体积极参与各国的电网发展项目及相关业界的标准制定组织和机构，并跟各方案公司合作，如整套的 i.MX28及得奖的MPC8308nSG智能网关，跟美国INSIDE Secure公司共同合作开发出基于 Kinetis MK30单片机带 NFC预付费及无线 ZigBee抄表功能的单相电表参考设计等等。何英伟表示这是飞思卡尔最好的一个例子，利用它们快速帮助客户作出评估及测试系统性能，使设计制造商能够利用最新的技术，更加快速的应对市场需求。

原厂精英之意法半导体工业与功率转换产品部市场开发总监-Oleg Logvinov

——全面支持PLC技术标准

作为世界上最大的电力线通信技术厂商，并且拥有20余年电能表与电网通信研发经验的意法半导体，正稳步迈向电表行业的中心舞台。

意法半导体工业与功率转换产品部市场开发总监Oleg Logvinov

Oleg指出，智能电表和普通电表之间最主要的差异表现在智能电表能够与电力网络实时通信，以及在某些特殊的场合还能够与家电进行实时通信，而这些是普通电表所无法实现的。种种的差异最终都体现在电表芯片的设计上，作为智能电表要尤其注意一下几方面的设计：

1) 各种功能和接口的集成;

2) 通信技术标准的选择;

3) 调制解调器的实现方法(数字信号处理还是可编程门阵列)，功能划分(集成器件还是分立器件)

以上三方面是同等重要，但是通信技术标准的正确选择不是一件容易的事，没有实际经验，厂商是很难开发出真正符合市场需求的解决方案的，而意法半导体具备这一条件。

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原厂精英之安森美半导体中国区新业务部应用工程经理-刘耀辉

——电力线通信是智能电表的难点

安森美的优势

安森美是世界领先的电源解决方案供应商，公司的产品系列包括电源和信号管理、逻辑、分立及定制器件，帮助客户解决他们在汽车、通信、计算机、消费电子、工业、LED照明、医疗、军事/航空及电源应用的独特设计挑战。智能电表作为智能电网的一部分自然在安森美的经营范围之内，那么在高手云集的智能电表市场安森美的优势在哪里呢?

刘耀辉透露，智能电表组成的自动抄表系统是实现智能电网的重要一步。智能电表系统可以使电力供应商在提高服务质量的同时降低管理成本，从而帮助公共事业服务提供者和政府降低电源损耗、优化能源消耗、管理对宝贵能源的需求，并让用户有机会充分利用各种用电计划(如分时电价)来节省开支和享受多种便利。完善的智能电表系统将极大地方便人们的日常生活，同时提高电力能源的有效分配和利用，在建设“节能节约型”社会及“节能减排”的过程中产生巨大的商机和社会效益。

目前为止，很多厂家都提出自己的解决方案。安森美半导体就在智能抄表领域内，有多年的应用经验，并且可以提供给客户完整的电力线载波抄表解决方案。

安森美半导体中国区新业务部应用工程经理刘耀辉

安森美前沿的抄表技术

安森美半导体的电力线载波抄表方案，完全符合IEC61334-5-1协议标准，以及EN50065电磁兼容规范。其通信协议由几家世界知名表计企业共同制定。方案同时考虑了载波信号对电网的谐波注入，发射功率，以及载波的信号频段。使载波在尽可能小的干扰输出和发射功率下达到最好的通信效果。方案在欧洲，非洲，中东等许多国家已有10年以上的现场使用。

原厂精英之美满电子科技(Marvell)业务开发高级经理-杨乃华

——PLC是未来智能电表的最佳解决方案

在智能电表愈加重要的今天，美满作为市场的新宠自然不会漏掉这一领域，而且它担任了智能电网内部拥有通信能力传感器的重要角色。美满目前已研发出面向智能电表的无线、窄带PLC和宽带PLC等通信解决方案，其业务开发高级经理杨乃华认为PLC将是面向未来智能电表的最佳解决方案。

美满电子科技(Marvell)业务开发高级经理杨乃华

杨乃华表示，美满发布了采用宽带PLC技术的Alma AMI解决方案，它包括硬件参考设计(DR501/DR503)和面向智能电网AMI应用程序的Alma AMI 专用软件，并且已在欧洲、中国大陆和台湾、以及韩国等地成功部署或试用。

杨乃华特别指出，美满对于智能电网一直比较关注，除智能电表外，公司也专注于诸如PON 和ITU-T G..hn的连接及HGU解决方案，提供强大的、高吞吐量的多媒体传输线(PLC、同轴电缆、电话线)接口解决方案，配合中国国家电网的OPLC应用，提供面向多媒体应用的高性能家庭网络解决方案。

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原厂精英之爱特梅尔高级业务发展经理-吴焕军

——PLC是未来智能电表的最佳解决方案

面对智能电网的巨大商机，爱特梅尔专门成立了新的业务部门，专注于提供智能电表及能源管理应用特定的解决方案。

基于爱特梅尔对于商机的把握，目前其产品能够配合智能电表应用的大多数要求，提供电表解决方案多方位服务，包括微控制器、RF、存储器、安全性、中间件、参考设计和演示套件等。

爱特梅尔高级业务发展经理吴焕军

爱特梅尔智能电表产品线

迄今为止，爱特梅尔正在积极与国家电网(National State Grid)及南方电网 (Southern Power Grid) 的供应商们合作，提供全方位的解决方案，以满足中国国家电网基础设施的要求。其中包括多功能三相电表(Multi function 3-Phase Meters)、数据采集器(Data Collectors)、集中器(Data Concentrators)以及新兴的家用显示单元(In-Home Display Units)。

爱特梅尔在智能电表的计划

在爱特梅尔专注于提供智能电表及能源管理应用特定的解决方案的业务部门的努力下，其在智能电表方面的技术和产品研发取得了不小的突破。

针对中国智能电表的发展状况，爱特梅尔认为农村安装智能电表的发展阻力最大。首先，与专门针对城市而开发的国家电网与南方电网相比，农村电网面临着不同的挑战，比如更分散的用户和更长的数据传输距离。这种情况下可以采用基于GPRS调制解调器的典型解决方案。对于这些市场应用，相比主流实现方案，爱特梅尔将提供多功能性的通用产品来满足各种特殊的要求。

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原厂精英之IDT公司中国事业部市场总监-浦志勇

——让智能电表更精确、可靠

IDT提供行业领先的宽量程计量芯片及计量SoC产品，这使得单个智能电表即可同时准确计量用户日益增长的高达数十千瓦的负荷需求和分布式发电系统中再生能源中如太阳能、风力所产生的低至几瓦的发电功率。

宽量程、高准确度、稳定计量

未来智能电网的核心是可靠、高速和低价的通信技术的成功应用，从而为数以亿计的终端用户和电力公司之间提供双向的互动网络。而在现阶段，智能电表作为智能电网的基础设备，准确、可靠的计量依然是智能电表首要解决的问题。

IDT公司中国事业部市场总监浦志勇

浦志勇说与传统电表相比，智能电表微系统中器件更多，国网公司统一招标后数量也会更大，而作为电力公司和终端用户的贸易结算工具，智能电表的可靠性要求就会更高，智能电表的可生产性、性能一致性和产品的稳定性是终端生产商关注的重点。基于此，IDT公司的计量产品凭借其宽量程、高准确度的特点和稳定的计量技术迅速地在行业内占据了一席之地，在最近的国网招标中获得了约20%的市场份额。