智能电表方案各家谈

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1、智能电表方案各家谈智能电表方案各家谈 更新于更新于 2012-09-232012-09-23 02:12:4102:12:41 文章出处文章出处: :与非网记者与非网记者 岳浩岳浩 智能电表智能电表 飞思卡尔飞思卡尔 意法半导体意法半导体 德州仪器德州仪器 MCUMCU 载波通信载波通信 ZigBeeZigBee 智能电表一直是炒的比较热的话题，而各大半导体厂商也是借着这股势头纷纷在推荐自 己的产品和方案，今天就为大家简单介绍下各家在智能电表领域的主要产品。智能电网框图忍 不住又用到了飞思卡尔官网上的这张贴图，虽然图上的标注并不一定完整，但是它为 我们呈现了整个智能电网的一个框架。计量，作为电

2、表最基本也是最重要的一个 功能， 图中也醒目的标注出了。当然，作为智能电表，我们对它有了更多要求，而它如何能满 足人们多样化的需求呢？首先，它必须要有一颗坚强的“芯” MCU。控制单元控制单元 MCUMCU 比较比较作为智能电表的大脑，MCU 一直都是最重要的模块， 它负责着采样数据的处理、显示， 也负责着对外数据流的交换，可以说它的性能直接决定了智能电表的性能。从目前主要 的智能电表方案来看，所用的 MCU 基本都 包括了液晶显示接口，RTC 实时时钟，各类通 信接口，如 RS485，PLC，无线模块等，当然针对不同价位的方案，配置也略有差异。下 面看下主要半导体厂 商的 MCU 产品：1）

3、 飞思卡尔，针对低、中、高端智能电表要求，飞思卡尔有 S08MZ、S08GW 系列， MCF51EM 系列，以及 Kinetis K30 系列。飞思卡尔提供了 8 位和 32 位的微控制器解决方 案，特别是 MZ 系列微控制器，是专门为中国智能电网的新标准定制的。2） 意法半导体，同样也是 8 位和 32 位的 MCU 解决方案。STM8L 低功耗系列主攻低端市 场，STM32 系列以及可以配置的微处理器 SPEAr 系列负责中高端市场。3） 德州仪器，MSP430 系列，是超低功耗的 16 位微控制器方案。4） 爱特梅尔，从 6 脚 Atmel tinyAVR 到 megaAVR, AVR

4、XMEGA, 32 位 AVR、Cortex- M3、ARM7 以及 400MHz ARM9 等众多 8 位和 32 位微控制器。从各家推出的方案来看，基 本都是用 8 位控制器来做低端市场，中高端用 32 位控制器 来做方案；而德州仪器主推 16 位 MSP430 系列来针对智能电表市场，对应低端市场，它 有 MSP430AFE2 系列的产品，而对应中高端，它也有 4 系列的产品，与其他家相比只是 市场策略不同而已。电表因为应用的 特殊要求，对能耗要求较高，所以各家的超低功耗产品也是必须特别提 一下的。如飞思卡尔的 S08GW 系列、S08LL 系列，意法半导体的 STM8L、 STM32L

5、 系列， 德州仪器的 MSP430AFE2xx 以及 MSP430FE47X2 系列，爱特梅尔运用 picoPower 技术的 tinyAVR、 megaAVR 和 AVR XMEGA 系列。而在功能模块 SoC 方案上，德州仪器似乎做的更好，低成本的 MSP430FE47x2 MCU 通过将 ESP 能量计算引擎与 2x16 位 - ADC、128 段 LCD 驱动器、高达 32KB 的闪存与 1KB 的 RAM、实时时钟集成在一起，使得 MCU 在系统组件上缩减到原来的五分之一。MSP430FE47x2 MCU SoC 方案使得 MCU 在系统组件上缩减到原来的五分之一通信方案比较通信方案

6、比较目 前国内用得是 RS485 或者 PLC 载波通信方式。485 通信需要另外布线，施工量太大， 不方便大范围实施；而载波通信目前国内完全是窄带的 FSK 载波，这 也存着不少问题， 首先电力线的负载特性影响较大，容易造成通信信道的不稳定不可靠，而且 FSK 载波方 案的传输速率不够，达不到实时通讯的要求。目 前中东和欧洲正在部署 PRIME 或 G3 的标准，这是一种 OFDM 的载波通讯方式，速率在 20K-100K 能够保障实时通讯的要求，这也是很多公司在推的一 种方案；而针对目前的 FSK 调制技术，也有一些改进方案，以安森美半导体的 S-FSK 调制技术为例，针对电力 线的特点，

7、采用 S-FSK 和 ASK 自动切换的 方式来应对最常见的窄带干扰。一般情况下， PLC Modem 工作在所谓 S-FSK 调制方式：两个载频分开的较远 （10 kHz）。如果有窄 带干扰影响了某一个载频，Modem 还可以利用另一个载频通信。此时 Modem 工作在 ASK 调制方式。下面我们具体来看各家的产品：1） 飞思卡尔，针对 OFDM、S-FSK 两种载波方式的 MC13260 通信芯片；2） 意法半导体，针对 OFDM 方式的芯片有 ST7590，B-FSK 方式的有 ST7538Q、ST7540，S-FSK 方式的有 ST7570，以及针对 B-FSK, B-PSK, Q-P

8、SK, 8-PSK 多 种调制方式的 ST7580；3） 爱特梅尔，有针对 OFDM 以及完全兼容 PRIME 通信模块的 ATPL2xx 系列；4） 美信，主要在推 G3 通信方案，产品型号是 MAX2992，属于业内首款芯片；针对 OFDM 方式，美信也是业内第一个推出相应芯片的厂商，型号是 MAX2990；5） 德州仪器，基于 C2000 这个 MCU 平台，可以灵活的为客户定制针对 SFSK，FSK、G3、PRIME、P1901.2 OFDM 等标准的方案。与其他厂商采用 ASIC 专用芯片 方式不同，德州仪器采用的是 DSP 方案。针对不同技术标准，用户只要升级不同的软件 协议栈就可

9、以推出相对应的方案，而无需进行硬件的更改。无 线方案中，各家基本以 ZigBee 为主，如飞思卡尔的 MC13202、MC1322x，意法半导体 的 SPZB250、260 等，德州仪器的 CC2520/CC2530，以及 CC2500/CC2550 等，当然很多 MCU 本身就 SoC 无线模块在里面了，如 STM32W 等，这里就不再累赘了。安全功能比较安全功能比较个人认为安全主要包括两方面，一方面如何保证电表数据的安全，在掉电或其他情况下 数据不会丢失，如何能够防止篡改；另一方面，如何保证数据传输的安全，如何保证数 据在传输时个人用户的一些隐私信息是否安全等等。目前的智能电表中都有 ES

10、AM 安全模块，基本可以满足上述要求。而各家半导体厂商又都 有哪些方案和产品来确保安全呢，具体来看下：1） 在防篡改方面，飞思卡尔有多种传感器可供选择，如加速度传感器 NMA745xL，接近 传感器 MC33941，压力传感器 MP3V5004 等；2） 意法半导体在 RTC（实时时钟）有专用的管理芯片 M41ST87W；当然一些 MCU 本身都 带 RTC 模块，如飞思卡尔的 MCF51EM256 等等，也就不需要单独的管理芯片了。3） 德州仪器的 ZigBee 无线通信芯片是带有 AES128 加密模块的，而且其给用户提供了 多种加密算法，客户可以灵活的选用和配置。智能电表因为政府主导比例

11、较大，所以与其他领域相比增长还是相对稳定，这也是各大 半导体厂商竞相追逐这块市场的主要原因。从 产品和技术来看，各家也各有优势，比如飞思卡尔，产品线比较全，智能电网大概念 的产品它都有涉及，而且在传感器方面的优势，为智能电表在安全方面的设计提 供了多 种传感器作选择；意法半导体，提供了多系列的单片机选择方案，而且各种功率模块、 电源芯片也为智能电表设计提供了多种选择；德州仪 器，MSP430，无论在功耗、还是性 价比上都是智能电表方案中相当有竞争力的产品，而且德州仪器的很多 SoC 方案为产品 设计更小、成本更低提供了可能。 而且这些厂商都积极参与到各项标准的制定中去，为 智能电表的更加完善提供助力。其他一些半导体厂商也专注着一些特定的领域，相信它们在不久的将来在智能电表领域， 也会有自己的一席之地。以上是笔者对几家半导体厂商在智能电表领域产品的一个比较，囿于水平，也只能完成 个大概，不足之处还请各位批评指正。我的邮箱 ，个人微博 http:/