十大主流智能电表芯 你知多少

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。计量，作为电表最基本也是最重要的一个功能，它在智能电网的过程起着举足轻重的作用。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。

智能电网框图

下面我们就来看下几大主流厂商的代表芯片都有哪些？

在智能电表领域，德州仪器（TI）公司拥有超过15年的经验，其智能电表方案团队遍布全球，在市场营销、业务拓展、系统/应用、软件团队、标准化及政府关系方面实力优异。

防窃电解决方案—MSP430F471xx系列

德州仪器（TI）的MSP430单片机系列集成了ACD，LCD液晶驱动和Flash Memory等，相当于是集合了电能计量芯片和MCU。这一系列芯片最突出的特点是高性能、低功耗，并且能简化PCB板线路。MSP430F471xx系列是超低功耗微控制器，有6或7个16位sigma-delta A/D转换器，主要用于多相电表设计。每路可作为差分输入对和有可编程输入增益。此外还集成了两个16位计时器,四个通用串行通信接(USCI)，DMA，68个I/O引脚和具有对比度控制的LCD驱动器。此项设计能有效防窃电。

采用MSP430F47197的三相四线星形连接图

智能抄表—AM335X

AM335X是TI基于 ARM Cortex-A8内核的AM335X微处理器，在图像、图形处理、外设和诸如 EtherCAT 和 PROFIBUS 的工业接口选项方面进行了增强。此MCU用来设计智能抄表。

AM335X功能方框图

AM335X的优点：

1、该器件是最便宜的Cortex A8 处理芯片，这个对中国市场至关重要 ,甚至是决定性的因素

2、TI 史上公开资料最全的一个芯片

3、产品定位最清晰的一个，工业控制MCU

4、唯一一个集成2个MAC的 MCU

5、目前唯一支持Androd 4.0, 而且同时支持3个操作系统

智能抄表方案特性 :基于CM-AM335X工控核心板的手持设备开发底板，支持3G或者GPRS通讯，支持GPS定位，总线扩展500M像素摄像头，支持LCD显示输出，支持锂电池供电及充电，低功耗设计，一键实现开关机、休眠、唤醒，支持Android 4.1.2和Linux 3.2.0 。

模块化智能电表—STPMC1和STPMS1/S2

意法半导体（STMicroelectronics， ST）的STPMC1和STPMS1/S2多相电表芯片组，可支持IEC和ANSI两大国际标准组织的0.2级50-60Hz AC瓦特计标准。

其中， STMPC1量测芯片共有5个输入信道，其中三个信道用于接收三相调变器传送的数字测量数据，第4个信道可用于连接防盗电传感器或温度传感器，第5条信道接收霍耳（Hall）传感器的磁场讯号。该产品的配置和校准可支持所有的国际配电标准。它支持罗可夫斯基线圈（Rogowski coil）、变流器、分流器或霍耳电流传感器无涟波（Ripple-free）能源算法，提供用于配置和校准的OTP内存和SPI接口。

STPMS1/S2是双Δ-Σ调变器，具备可编程放大器、截波稳定、低噪音、低偏移电压等特性，精密参考电压为最大1.23V和30ppm/℃，可支持IEC和ANSI的0.2级AC瓦特计标准。

一般来说，智能电表有两大功能模块：检测电流和电压讯号的高准确度调变器和计算用电量的专用功率量测处理器。在今后几年，智能电表量测功能还会被广泛用于家电、空调及电源系统。如意法半导体现有的解决方案 STPM01、STPM10及和STPM11/12/13/14的单相电表芯片则在单一芯片内整合了这两大功能。

确保电费帐单准确无误—STPM3*

以意法半导体的STPM32、STPM33和STPM34芯片为基础的电表将能够协助公共事业最大幅度地避免收入损失，即使面对的是最精打细算的用户，仍能确保电费帐单准确无误。

STPM32、STPM33 和STPM34分别提供2、3和4条独立通道，适用于单相或多相AC供电系统。

通过在芯片上执行电力品质运算，包括RMS电压和电流测量、视在功率计算（apparent-energy computation）、欠压/过压侦测，新电表芯片可降低电表主处理器负荷，从而简化软件设计。STPM33和STPM34的零相防盗电侦测（Neutral-phase tamper detection）功能有助于进一步简化电表设计，提高系统安全性。STPM34还可在单相系统（single-phase system）和多相系统（multi-phase systems）中计算视在功率 。

STPM3产品集成的重要功能可简化硬件设计，减少外部元件的数量及降低印刷电路板的占板空间。新的电表芯片可测量DC频率，同时3.6kHz的3dB宽频宽可精确测量谐波频率，为电力品质计费提供保障。

STCOMET

STCOMET可简化智能电表设计，在单片上集成关键的电表功能，包括符合主要智能电表行业标准的电力线通信(PLC,powerline communication)调制解调器。

意法半导体STCOMET产品家族扩展成四款产品，让设计工程师能够根据不同地区和市场的需求灵活地调整最终应用系统。STCOMET05及STCOMET10集成512KB/1MB程序闪存以及应用处理子系统、有隐私和入侵保护的专用安全引擎、高精度的电表前端电路和PLC模块。

其中STCOMET10系统芯片融合意法半导体在电力线通信和智能电表领域20余年和制造9000多万颗芯片所积累的丰富经验，STCOMET10系统芯片融合意法半导体在电力线通信和智能电表领域20余年和制造9000多万颗芯片所积累的丰富经验，其集成度水平在业内前所未有。

STCOMET10系统芯片的特性包括多协议管理专用的完全可编程的电力线通信信号处理引擎；先进的集成闪存和RAM的基于ARM® Cortex™-M4的应用处理子系统；高精度的3通道模拟数字电表测量前端和安全引擎。尤其这款智能电表系统芯片可支持重要的PLC通信协议例如，METERS AND MORE®, G3-PLC®, IEEE 1901.2和PRIME®。该芯片的灵活性和广泛的协议支持运营商在全球部署并远程配置智能电表，支持未来的新协议，在电表使用寿命内最大限度降低拥有成本。

采用独一无二的模块化和集成化混合信号设计，STCOMET10在一颗芯片上集成最高的系统灵活性和可编程能力以及最高的性能，能够满足专用智能电表功的需求。

STCOMET现已通过了所有全球现行的主要认证标准。

作为智能电表市场解决方案的重要供应商，飞思卡尔的 MZ 系列微控制器、 ColdFire MCU 以及 DSC 系列等，都成为市场上极为流行的智能电表解决方案的首选。

飞思卡尔具有丰富的智能计量解决方案：如先进智能仪表解决方案，能够执行各种计量、控制和通信功能。比如，基于飞思卡尔 EM 系列最高端的 MCF51EM256 的多相电表参考设计。该设计中包含必要的硬件和软件，使智能电表的开发变得更迅速、便捷。

MCF51EM256

飞思卡尔的MCF51EM256微控制器是防止篡改电表专用的，MCF51EM256基于ColdFire V1的微控制器，具有256K闪存、四个高精度16位的SAR ADC，可以在所有相位同时测量电流和电压，以及中性电流。微控制器包括一个独立的RTC（iRTC），同时钟一样，它有自己的电源域，因此和其它系统组件是分开的。大多数的防篡改特性都在iRTC中实施。它将几大防篡改特性集成于一个芯片，大大减少了客户的材料账单（BoM）成本，又能有效地防止篡改现象。

MCF51EM256还包括一个LCD驱动模块、一系列如 IIC、SCI、SPI、可编程比较器和AMR SPI/SCI模块等通信外围设备。

MCF51EM256的防篡改特性：

u 带有独立电源域的RTC

u 电池移除或电力故障下的保护

u 检测系统的外部篡改

u 篡改事件时间戳

u iRTC补偿

u 防止恶意代码更改RTC注册设置

u 强大单向计数器的单调计数

MCF51EM256非常适合电表应用，尤其是单相和多相电表，对联网的和非联网的同样适用。

 MC9S08GW

MC9S08GW 系列是计量专用的 LCD MCU ，是基于经过验证的 S08 内核的低功耗 8 位 MCU 系列，适用于单相电表和流量表、煤气表、水表以及热表等的应用。 MC9S08GW 具有两个独立的 16 位 SAR ADC （含可编程延迟块），以及可对煤气和水流量进行传感器自动解码的位置计数器，使该系列适合各种表类的应用。

凭借多年对智能电网行业的关注和研究，飞思卡尔在整合全球研发力量的基础上，不断推出能够促进电能管理行业发展的各种创新技术，其诸多 “ 电表参考设计 ” 完整解决方案可为开发者提供完整的即插即用解决方案，不仅能降低成本和加快面市时间，更将加速一体化智能电网的建设。

SMART SAM4C32

Atmel公司的SMART SAM4C微控制器是系统级芯片解决方案，用于智能电源应用，它是基于两个高性能的32位ARM Cortex-M4 RISC处理器构建。这些器件最高运行速度为120MHz，同时具有高达2MB的嵌入式闪存、304KB的SRAM和片上高速缓存（每个核）。

SMART SAM4C微控制器外设集包括先进的加密引擎、防篡改浮点单元（FPU）、USB全速主机/设备端口、5个USART、2个UART、2个TWIs、最多七个SPI，1个PWM定时器，2个3通道通用16位定时器、校准低功耗RTC（备份域运行，最低0.5μA）和一个50×6分段LCD控制器。

其中SMART SAM4C32 MCU是用于智能电网的系统级芯(SoC),具有两个高性能32位ARM® Cortex®-M4 RISC处理器,工作频率120MHz,高达2MB嵌入闪存,304KB SRAM和用于每个内核的高速缓存.器件集成了先进的加密引擎,防窃电,浮点单元(FPU),USB全速主/器件端口,5个USART,2个UART,2个TWI,多达7个SPI和PWM定时器,2个3路通用16位定时器.

Atmel还有从6脚Atmel tinyAVR到 megaAVR, AVR XMEGA, 32位 AVR、Cortex-M3、ARM7以及400MHz ARM9等众多8位和32位微控制器。

ADE9153系列

ADE7953，它能使智能电表具备更强大的防窃电功能，提高客户计费精度，并且降低电力公司的运营成本。

ADE7953单相电表评估板外形图

ADE7953适合全世界的单相计量应用，在3000:1的动态范围内，其有功和无功功率计算误差小于0.1%，精度堪称业界最高。对于零线电流，其在1000:1动态范围内的有功和无功功率计算误差小于0.1%。利用零线电流测量功能，可以实现电表窃电检测和更高的计费精度。这款新器件还能够测量视在功率以及均方根电压和电流。

此外，它还能提供波形采样、瞬时功率读数和电能质量指示，包括电压骤降、峰值电压和峰值电流等。ADE7953内置三个 Σ-Δ型 ADC（模数转换器）和一个高精度计量引擎。各输入通道均支持独立且灵活的增益级，因此 ADE7953电能计量 IC 适合与各种电流传感器一起使用，如低阻值分流电阻和电流变压器等。两个片内积分器也有助于将 di/dt 传感器用于电流输入。

DSZ188三相智能电能表采用高性能计量芯片，能实现小电流计量精度高，温度、频率变差小的优势，具有性能稳定、功能丰富、抗干扰能力强的特征，在操作便捷、自检纠错、数据安全及用电异常分析等方面精心设计，支持交直流自适应辅助电源供电。其采用全密封的结构及外壳，可以满足严酷的高低温交变湿热环境应用。电池盒与编程按键可以分别进行铅封，便于供电部门的管理。

主要功能：

1、宽视角、大屏幕液晶显示，具有丰富的状态指示与汉字辅助提示信息；

2、双路RS-485、远红外通讯接口，相互独立；

3、分时计量正向有功电量、反向有功电量、四象限无功电量，支持组合有功及四象限无功任意组合；计量分相的正向有功、反向有功和四象限无功电量；

4、分时计量正向有功、反向有功和四象限无功最大需量及发生时间；

5、最多可存储13个月历史电能和需量记录，电量数据支持最多一月三次结算；

小结

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系列，德州仪器的MSP430AFE2xx以及MSP430FE47X2系列，Atmel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 Σ-Δ 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。