十大主流智能電錶芯 你知多少

作為智能電錶的大腦，MCU一直都是最重要的模塊，它負責著採樣數據的處理、顯示，也負責著對外數據流的交換，可以說它的性能直接決定了智能電錶的性能。計量，作為電錶最基本也是最重要的一個功能，它在智能電網的過程起著舉足輕重的作用。當然，作為智能電錶，我們對它有了更多要求，而它如何能滿足人們多樣化的需求呢?首先，它必須要有一顆堅強的「芯」——MCU。

智能電網框圖

下面我們就來看下幾大主流廠商的代表晶元都有哪些？

德州儀器（TI）

在智能電錶領域，德州儀器（TI）公司擁有超過15年的經驗，其智能電錶方案團隊遍布全球，在市場營銷、業務拓展、系統/應用、軟體團隊、標準化及政府關係方面實力優異。

防竊電解決方案—MSP430F471xx系列

德州儀器（TI）的MSP430單片機系列集成了ACD，LCD液晶驅動和Flash Memory等，相當於是集合了電能計量晶元和MCU。這一系列晶元最突出的特點是高性能、低功耗，並且能簡化PCB板線路。MSP430F471xx系列是超低功耗微控制器，有6或7個16位sigma-delta A/D轉換器，主要用於多相電錶設計。每路可作為差分輸入對和有可編程輸入增益。此外還集成了兩個16位計時器,四個通用串列通信接(USCI)，DMA，68個I/O引腳和具有對比度控制的LCD驅動器。此項設計能有效防竊電。

採用MSP430F47197的三相四線星形連接圖

智能抄表—AM335X

AM335X是TI基於 ARM Cortex-A8內核的AM335X微處理器，在圖像、圖形處理、外設和諸如 EtherCAT 和 PROFIBUS 的工業介面選項方面進行了增強。此MCU用來設計智能抄表。

AM335X功能方框圖

AM335X的優點：

1、該器件是最便宜的Cortex A8 處理晶元，這個對中國市場至關重要 ,甚至是決定性的因素

2、TI 史上公開資料最全的一個晶元

3、產品定位最清晰的一個，工業控制MCU

4、唯一一個集成2個MAC的 MCU

5、目前唯一支持Androd 4.0, 而且同時支持3個操作系統

智能抄表方案特性 :基於CM-AM335X工控核心板的手持設備開發底板，支持3G或者GPRS通訊，支持GPS定位，匯流排擴展500M像素攝像頭，支持LCD顯示輸出，支持鋰電池供電及充電，低功耗設計，一鍵實現開關機、休眠、喚醒，支持Android 4.1.2和Linux 3.2.0 。

意法半導體ST

模塊化智能電錶—STPMC1和STPMS1/S2

意法半導體（STMicroelectronics， ST）的STPMC1和STPMS1/S2多相電錶晶元組，可支持IEC和ANSI兩大國際標準組織的0.2級50-60Hz AC瓦特計標準。

其中， STMPC1量測晶元共有5個輸入信道，其中三個信道用於接收三相調變器傳送的數字測量數據，第4個信道可用於連接防盜電感測器或溫度感測器，第5條信道接收霍耳（Hall）感測器的磁場訊號。該產品的配置和校準可支持所有的國際配電標準。它支持羅可夫斯基線圈（Rogowski coil）、變流器、分流器或霍耳電流感測器無漣波（Ripple-free）能源演算法，提供用於配置和校準的OTP內存和SPI介面。

STPMS1/S2是雙Δ-Σ調變器，具備可編程放大器、截波穩定、低噪音、低偏移電壓等特性，精密參考電壓為最大1.23V和30ppm/℃，可支持IEC和ANSI的0.2級AC瓦特計標準。

一般來說，智能電錶有兩大功能模塊：檢測電流和電壓訊號的高準確度調變器和計算用電量的專用功率量測處理器。在今後幾年，智能電錶量測功能還會被廣泛用於家電、空調及電源系統。如意法半導體現有的解決方案 STPM01、STPM10及和STPM11/12/13/14的單相電錶晶元則在單一晶元內整合了這兩大功能。

確保電費帳單準確無誤—STPM3*

以意法半導體的STPM32、STPM33和STPM34晶元為基礎的電錶將能夠協助公共事業最大幅度地避免收入損失，即使面對的是最精打細算的用戶，仍能確保電費帳單準確無誤。

STPM32、STPM33 和STPM34分別提供2、3和4條獨立通道，適用於單相或多相AC供電系統。

通過在晶元上執行電力品質運算，包括RMS電壓和電流測量、視在功率計算（apparent-energy computation）、欠壓/過壓偵測，新電錶晶元可降低電錶主處理器負荷，從而簡化軟體設計。STPM33和STPM34的零相防盜電偵測（Neutral-phase tamper detection）功能有助於進一步簡化電錶設計，提高系統安全性。STPM34還可在單相系統（single-phase system）和多相系統（multi-phase systems）中計算視在功率 。

STPM3產品集成的重要功能可簡化硬體設計，減少外部元件的數量及降低印刷電路板的占板空間。新的電錶晶元可測量DC頻率，同時3.6kHz的3dB寬頻寬可精確測量諧波頻率，為電力品質計費提供保障。

STCOMET

STCOMET可簡化智能電錶設計，在單片上集成關鍵的電錶功能，包括符合主要智能電錶行業標準的電力線通信(PLC,powerline communication)數據機。

意法半導體STCOMET產品家族擴展成四款產品，讓設計工程師能夠根據不同地區和市場的需求靈活地調整最終應用系統。STCOMET05及STCOMET10集成512KB/1MB程序快閃記憶體以及應用處理子系統、有隱私和入侵保護的專用安全引擎、高精度的電錶前端電路和PLC模塊。

其中STCOMET10系統晶元融合意法半導體在電力線通信和智能電錶領域20餘年和製造9000多萬顆晶元所積累的豐富經驗，STCOMET10系統晶元融合意法半導體在電力線通信和智能電錶領域20餘年和製造9000多萬顆晶元所積累的豐富經驗，其集成度水平在業內前所未有。

STCOMET10系統晶元的特性包括多協議管理專用的完全可編程的電力線通信信號處理引擎；先進的集成快閃記憶體和RAM的基於ARM Cortex-M4的應用處理子系統；高精度的3通道模擬數字電錶測量前端和安全引擎。尤其這款智能電錶系統晶元可支持重要的PLC通信協議例如，METERS AND MORE, G3-PLC, IEEE 1901.2和PRIME。該晶元的靈活性和廣泛的協議支持運營商在全球部署並遠程配置智能電錶，支持未來的新協議，在電錶使用壽命內最大限度降低擁有成本。

採用獨一無二的模塊化和集成化混合信號設計，STCOMET10在一顆晶元上集成最高的系統靈活性和可編程能力以及最高的性能，能夠滿足專用智能電錶功的需求。

STCOMET現已通過了所有全球現行的主要認證標準。

飛思卡爾（隸屬於NXP）

作為智能電錶市場解決方案的重要供應商，飛思卡爾的 MZ 系列微控制器、 ColdFire MCU 以及 DSC 系列等，都成為市場上極為流行的智能電錶解決方案的首選。

飛思卡爾具有豐富的智能計量解決方案：如先進智能儀錶解決方案，能夠執行各種計量、控制和通信功能。比如，基於飛思卡爾 EM 系列最高端的 MCF51EM256 的多相電錶參考設計。該設計中包含必要的硬體和軟體，使智能電錶的開發變得更迅速、便捷。

MCF51EM256

飛思卡爾的MCF51EM256微控制器是防止篡改電錶專用的，MCF51EM256基於ColdFire V1的微控制器，具有256K快閃記憶體、四個高精度16位的SAR ADC，可以在所有相位同時測量電流和電壓，以及中性電流。微控制器包括一個獨立的RTC（iRTC），同時鐘一樣，它有自己的電源域，因此和其它系統組件是分開的。大多數的防篡改特性都在iRTC中實施。它將幾大防篡改特性集成於一個晶元，大大減少了客戶的材料賬單（BoM）成本，又能有效地防止篡改現象。

MCF51EM256還包括一個LCD驅動模塊、一系列如 IIC、SCI、SPI、可編程比較器和AMR SPI/SCI模塊等通信外圍設備。

MCF51EM256的防篡改特性：

u 帶有獨立電源域的RTC

u 電池移除或電力故障下的保護

u 檢測系統的外部篡改

u 篡改事件時間戳

u iRTC補償

u 防止惡意代碼更改RTC註冊設置

u 強大單向計數器的單調計數

MCF51EM256非常適合電錶應用，尤其是單相和多相電錶，對聯網的和非聯網的同樣適用。

MC9S08GW

MC9S08GW 系列是計量專用的 LCD MCU ，是基於經過驗證的 S08 內核的低功耗 8 位 MCU 系列，適用於單相電錶和流量表、煤氣表、水表以及熱表等的應用。 MC9S08GW 具有兩個獨立的 16 位 SAR ADC （含可編程延遲塊），以及可對煤氣和水流量進行感測器自動解碼的位置計數器，使該系列適合各種表類的應用。

憑藉多年對智能電網行業的關注和研究，飛思卡爾在整合全球研發力量的基礎上，不斷推出能夠促進電能管理行業發展的各種創新技術，其諸多 「 電錶參考設計 」 完整解決方案可為開發者提供完整的即插即用解決方案，不僅能降低成本和加快面市時間，更將加速一體化智能電網的建設。

Atmel

SMART SAM4C32

Atmel公司的SMART SAM4C微控制器是系統級晶元解決方案，用於智能電源應用，它是基於兩個高性能的32位ARM Cortex-M4 RISC處理器構建。這些器件最高運行速度為120MHz，同時具有高達2MB的嵌入式快閃記憶體、304KB的SRAM和片上高速緩存（每個核）。

SMART SAM4C微控制器外設集包括先進的加密引擎、防篡改浮點單元（FPU）、USB全速主機/設備埠、5個USART、2個UART、2個TWIs、最多七個SPI，1個PWM定時器，2個3通道通用16位定時器、校準低功耗RTC（備份域運行，最低0.5μA）和一個50×6分段LCD控制器。

其中SMART SAM4C32 MCU是用於智能電網的系統級芯(SoC),具有兩個高性能32位ARM Cortex-M4 RISC處理器,工作頻率120MHz,高達2MB嵌入快閃記憶體,304KB SRAM和用於每個內核的高速緩存.器件集成了先進的加密引擎,防竊電,浮點單元(FPU),USB全速主/器件埠,5個USART,2個UART,2個TWI,多達7個SPI和PWM定時器,2個3路通用16位定時器.

Atmel還有從6腳Atmel tinyAVR到 megaAVR, AVR XMEGA, 32位 AVR、Cortex-M3、ARM7以及400MHz ARM9等眾多8位和32位微控制器。

ADI

ADE9153系列

ADE7953，它能使智能電錶具備更強大的防竊電功能，提高客戶計費精度，並且降低電力公司的運營成本。

ADE7953單相電錶評估板外形圖

ADE7953適合全世界的單相計量應用，在3000:1的動態範圍內，其有功和無功功率計算誤差小於0.1%，精度堪稱業界最高。對於零線電流，其在1000:1動態範圍內的有功和無功功率計算誤差小於0.1%。利用零線電流測量功能，可以實現電錶竊電檢測和更高的計費精度。這款新器件還能夠測量視在功率以及均方根電壓和電流。

此外，它還能提供波形採樣、瞬時功率讀數和電能質量指示，包括電壓驟降、峰值電壓和峰值電流等。ADE7953內置三個 Σ-Δ型 ADC（模數轉換器）和一個高精度計量引擎。各輸入通道均支持獨立且靈活的增益級，因此 ADE7953電能計量 IC 適合與各種電流感測器一起使用，如低阻值分流電阻和電流變壓器等。兩個片內積分器也有助於將 di/dt 感測器用於電流輸入。

國內：寧波三星電氣DSZ188

DSZ188三相智能電能表採用高性能計量晶元，能實現小電流計量精度高，溫度、頻率變差小的優勢，具有性能穩定、功能豐富、抗干擾能力強的特徵，在操作便捷、自檢糾錯、數據安全及用電異常分析等方面精心設計，支持交直流自適應輔助電源供電。其採用全密封的結構及外殼，可以滿足嚴酷的高低溫交變濕熱環境應用。電池盒與編程按鍵可以分別進行鉛封，便於供電部門的管理。

主要功能：

1、寬視角、大屏幕液晶顯示，具有豐富的狀態指示與漢字輔助提示信息；

2、雙路RS-485、遠紅外通訊介面，相互獨立；

3、分時計量正向有功電量、反向有功電量、四象限無功電量，支持組合有功及四象限無功任意組合；計量分相的正向有功、反向有功和四象限無功電量；

4、分時計量正向有功、反向有功和四象限無功最大需量及發生時間；

5、最多可存儲13個月歷史電能和需量記錄，電量數據支持最多一月三次結算；

小結

電錶因為應用的特殊要求，對能耗要求較高，所以各家的超低功耗產品也是必須特別提一下的。如飛思卡爾的S08GW系列、S08LL系列，意法半導體的STM8L、STM32L系列，德州儀器的MSP430AFE2xx以及MSP430FE47X2系列，Atmel運用picoPower技術的tinyAVR、megaAVR和AVR XMEGA系列。

而在功能模塊SoC方案上，德州儀器似乎做的更好，低成本的MSP430FE47x2 MCU通過將 ESP 能量計算引擎與 2x16 位 Σ-Δ ADC、128 段 LCD 驅動器、高達 32KB 的快閃記憶體與 1KB 的 RAM、實時時鐘集成在一起，使得MCU 在系統組件上縮減到原來的五分之一。

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