智能电表：期待SoC出现

北京博纳电气有限公司CTO于立华

2008年国家电网公司决定在系统内全面开展“电力用户用电信息系统”的建设，随即组织了国网智能电表企业标准的编写，并于2009年10月份开始对系统内部和电表制造企业进行了全面宣传贯彻。2009年年底，国家电网进行了首次智能电表招标，2010年，累计招标2700万只，2011年，全国进入了智能表更换高峰期，市场前景非常广阔。

新智能电表标准对MCU也提出了更高的要求，具体体现在：更丰富的外部通信接口———RS485，红外，低压电力线载波(PLC)，微功率无线通信；更多的表内通信接口———I2C、SPI、ISO7816；更多的功能要求MCU有更强的处理能力和更大的内存空间，一般单相表不低于60KB、三相表不低于256KB的程序存储空间，单相表不小于1KB、三相表不低于16KB的RAM空间，处理能力不小于4MIPS。

智能电表分为单相表和三相表，基本都是由MCU+RTC+LCD驱动器+ESAM(安全芯片)+专用计量芯片+非易失存储器(EEFORMFLASHFRAM等)组成，其中单相表一般采用8位MCU，而三相表一般采用16位或32位MCU来实现。目前大家正在积极寻求各种方式实现更高的集成度，即把更多的外设集成进MCU，形成所谓SoC。业界一致的看法是，ESAM和PLC以及计量芯片必须独立；LCD驱动器是最容易实现的，预计很快会在产品中大量使用；外置的非易失存储器不容易集成而且不同厂家的设计使用了不同的容量(出于数据安全的考虑，各家的设计理念略有不同)；RTC功能是最难以实现集成的部分，但是由于从价格考量其是表内最昂贵的芯片之一，因此成为大家关注的焦点，通行的观点是几年内可以将基于MEMS振荡器技术的RTC集成进MCU。

国网智能表标准制定过程综合了历史上几乎所有的经验教训、成熟技术，以及融合了现有国内外的先进技术和理念。北京博纳公司研发生产智能电表产品接近20年，对此类产品有着深刻的理解：主体方案差异很小，但是细节决定成败。公司在2007年年初，基于后续产品发展的方向，更换了设计平台(主要指MCU)，过程中首先规划了自己的目标需求，然后照例将各主流MCU产品作了全面评估。在主要性能、价格差异很小的情况下，飞思卡尔公司的产品由于有独立的I2C、SPI总线，内部高精度参考源(等效)，高精度RC振荡器，宽电压工作范围，硬件CRC等几项细小的功能，同我们预定目标完全吻合而最终被采纳。公司将主力产品全面改用新的平台设计，恰逢2009年国网新的企业标准所规划的产品也完全适合使用飞思卡尔平台，因此沿用至今。同比目前国网表市场的主流方案，我们使用飞思卡尔的MCU设计的方案差异很小，正是前面所述的几个细小的差异，使我们可以完全不必担心因降低成本的需求而降低产品设计指标，同时由于某些飞思卡尔独有的功能，使我们在软件可靠性设计方面有了极大的提升。我们认为在常规主流方案中，飞思卡尔的MCU是最佳的选择。

对于未来智能表的发展，我们认为会进入一A段相对稳定期，除了国网公司还在寻求更好的通信方式这一不确定因素之外。基于这一考虑，对于智能电表制造商而言，更应关注的是如何继续提高集成度，借此降低成本，提高生产效率和可靠性。短期内，我们希望有将MCU、LCD驱动器和RTC(基于MEMS技术)集成在一起的SoC出现。这需要真正有实力的半导体厂商认真地规划并努力投入才有可能实现。亮点只能短时吸引眼球，但是只有无致命短板才能真正占领市场。