水表、燃氣表、熱量表和電表是家家戶戶幾乎在用的計量器具，也是國家重點管理的計量器具。這些計量器具我們可以統(tǒng)稱為表計，傳統(tǒng)的表計產(chǎn)品需人工挨家挨戶的抄表，統(tǒng)計和月結(jié)的周期就拉得特別長，現(xiàn)在隨著技術(shù)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，家家戶戶用上了聯(lián)網(wǎng)表計，支付寶或微信就可以線上繳費了，這就是智能物聯(lián)AIoT的落地場景之一。智能水表、智能燃氣表、智能熱量表、智能電表的出現(xiàn)，完美解決抄表難、收費難、監(jiān)管難、繳費難等問題。

AIoT是下一代ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點和經(jīng)濟增長的驅(qū)動力。在水、氣、電、熱表計中，智能化產(chǎn)品覆蓋率已經(jīng)超越傳統(tǒng)表計。據(jù)儀表網(wǎng)數(shù)據(jù)，我國四大表計產(chǎn)品智能化水平差異較大，其中，智能電表的滲透率最高，超過90%；智能燃氣表滲透率約 50%，仍有一半市場被傳統(tǒng)膜式燃氣表所占據(jù)；智能水表下游水務(wù)公司客戶分散，當前滲透率較低，約30%；智能熱量表市場主要集中于黑龍江、吉林、遼寧等北方15個供暖地區(qū)，季節(jié)性明顯，滲透率也較低。

NB-IoT技術(shù)的優(yōu)勢，已經(jīng)有目共睹，NB-IoT智能表計的應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市組件中不可或缺的場景。滲透度較低的智能燃氣表和智能水表，是當前NB-IoT技術(shù)應(yīng)用成熟且發(fā)展最迅速的應(yīng)用場景。

既然是計量器具，與車規(guī)芯片類似，除了需要通過計量器具國家標準，還需通過專業(yè)認證，例如智能電表的R46電能表認證；智能燃氣表的EN 16314認證；智能熱量表的JJF1434-2013熱量表(熱能表)認證等。

搜集了一些智能表計的資料整理分析，我們按元器件的產(chǎn)品分類看：

主控芯片：藍碧石半導(dǎo)體(LAPIS)、德州儀器(TI)、意法半導(dǎo)體(ST)、微芯/愛特梅爾(MICROCHIP/ATMEL)、瑞薩(RENESAS)、復(fù)微(FMSH)；

載波芯片或模塊：貝嶺(BELLING)、鼎信通訊(TOPSCOMM)、芯瓏電子(NTW)；

計量芯片：銳能微(RENERGY)；

分立器件：星海(STARSEA)、永盛(WS)；

阻容感：三和(SAMWHA)、國之航(GUOZHIHANG)；

繼電器：宏發(fā)(HONGFA)；

變壓器：航天微(ASMMC)；

驅(qū)動芯片：羅姆(ROHM)；

模擬開關(guān)芯片：德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)；

電池：昊誠電池(HCB)、億緯鋰能(EVE)、Tekcell、帥福得(SAFT)、Ultralife；

光耦：東芝(TOSHIBA)；

濾波器：魯光(LGE)；

通信芯片/模塊：移遠(QUECTEL)、萬高(VANGO)、NORDIC；

存儲芯片：微芯/愛特梅爾(MICROCHIP/ATMEL)、華邦(WINBOND)、旺宏(MXIC)；

電源芯片：華昕(HSMC)、杰華特(JOULWATT)；

晶振：凱擎東光(KOAN)；

互感器：貝塔(BELTA)。

圖5、部分智能表計產(chǎn)品的部分BOM

智能電表是配電網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分。除了監(jiān)測能耗外，智能電表還能收集有關(guān)供電質(zhì)量的數(shù)據(jù)。例如，它能測量無功電能、總諧波失真、諧波成分、電壓浪涌和瞬變是否存在以及頻率的變化，所有這些都是電網(wǎng)狀態(tài)的指標。圖6中的框圖顯示了單相系統(tǒng)和三相系統(tǒng)電表的主要組成部分。

圖6、單相和三相智能電表框圖（圖源：ADI）

在智能電表中，基本電力質(zhì)量是從電壓和電流測量獲得的。這些測量結(jié)果由一個特殊的模擬前端(AFE)處理并提供給微控制器，微控制器顯示結(jié)果或?qū)⑵涮峁┙o通信節(jié)點以進行遠程傳輸。完整結(jié)構(gòu)還包括一個電源管理單元。

電表的一個關(guān)鍵方面是電流測量。在電壓測量中，測量結(jié)果與標稱值可能只有很小的偏差，但電流測量不同，電流具有非常寬的動態(tài)范圍，從幾毫安到數(shù)百安，整個范圍內(nèi)都必須以盡可能高的精度進行測量。使用簡單的電阻分壓器（較少情況下使用變壓器）就可以進行電壓測量，但用于讀取電流的傳感器則有很多種類。一般使用以下四種傳感器：分流器、電流互感器(CT)、霍爾效應(yīng)傳感器和羅氏線圈。這些傳感器各有其優(yōu)缺點。

搭配傳感器必須有計量芯片，國外原廠有亞德諾、恩智浦、SAMES、瑞薩/艾迪悌、Cirrus Logic、微芯等，國內(nèi)則有銳能微、鉅泉光電、貝嶺、復(fù)微、芯易德、合力為、萬高、昊昱等。在單、三相計量芯片市場，鉅泉光電和上海貝嶺一同占據(jù)了絕大部分市場份額，其中鉅泉光電在三相計量芯片領(lǐng)域出貨量常年穩(wěn)居第一，在單相計量芯片領(lǐng)域排名第二。

基于智能電表的場景要求，主控芯片的超低功耗是必須的。這里有恩智浦/飛思卡爾的S08GW系列、S08LL系列，意法半導(dǎo)體的STM8L、STM32L系列，德州儀器的MSP430AFE2xx及MSP430FE47X2系列，Atmel運用picoPower技術(shù)的tinyAVR、megaAVR和AVR XMEGA系列，瑞薩電子RL78低功耗16位MCU產(chǎn)品系列。

圖8、智能電表元器件組成（圖源：TI）

國內(nèi)有眾多MCU廠商針對智能表計芯片布局，例如有將計量芯片集成在主控內(nèi)的，例如貝嶺的IR46計量芯片+計量 MCU一體集成的計量芯SoC；新唐智能電表解決方案是采用基于Armv8-M TrustZone? 架構(gòu)的NuMicro? M2351/ M2354微控制器；鉅泉光電憑借高算力32位MCU產(chǎn)品直接切入市場，不斷占據(jù)德州儀器、矽力杰和瑞薩電子的市場空間，占有率逐步攀升至第一位；復(fù)微是國內(nèi)較早起步進入智能電表專用MCU芯片設(shè)計企業(yè)，其MCU芯片累計出貨超過5億顆；矽力杰的智能電表MCU來自買來的美信Maxim智慧電表及能源監(jiān)控芯片業(yè)務(wù)；小華半導(dǎo)體的超低功耗MCU在智能水表領(lǐng)域已經(jīng)擁有30%左右的市場占有率，優(yōu)勢在于nA級超低待機功耗、μS級高速喚醒、μA/MHz級高能效比；中國移動旗下芯異科技自有的MCU主控芯片、NB模組和安全芯片，研發(fā)了高精度、低成本、超低功耗的無磁水表解決方案；國家電網(wǎng)旗下子公司北京智芯微也有推出自研MCU產(chǎn)品；物奇的WQ3021電量計量與通信SoC芯片；國民技術(shù)針對表計應(yīng)用開發(fā)的N32L4xx低功耗系列MCU，可廣泛應(yīng)用于智能水表、智能燃氣表等對功耗和安全非常敏感的場景。

圖9、國民技術(shù)的智能表計方案

國內(nèi)的載波芯片/模組原廠有海思、智芯微、東軟載波、創(chuàng)耀、曉程、貝嶺、濎通芯、力合微、鉅泉光電、瑞斯康、思凌科、慧信、北京中宸、深圳智微、芯云科技、江蘇米特、航天中電、矽久、四季豆、前景無憂、鼎信通訊、芯瓏電子、飛利信、深圳中創(chuàng)、溢美四方、愿景科技等。

智能表計智能化的關(guān)鍵還仰賴于無線通訊模塊，國內(nèi)的模組原廠有芯翼、移芯通信、桑銳、云程、廣和通、匯頂、涂鴉智能、中移物聯(lián)、龍尚、四信、吾愛易達、移柯通信、智聯(lián)安等。

智能燃氣表的測量傳感器主要是用氣體傳感器或超聲波傳感器，智能熱量表的測量傳感器通常用溫度傳感器，智能水表的測量傳感器則可用電磁傳感器和超聲波傳感器。

智能物聯(lián)AIoT萬億規(guī)模級的龐大市場，智能表計是長尾市場之一，筆者在網(wǎng)上搜集和整理資料的過程中，明顯感覺芯片和方案資料相對較少，所以研發(fā)選型和設(shè)計相對就更難。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數(shù)年已積累了物聯(lián)網(wǎng)芯片的優(yōu)勢貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

審核編輯：湯梓紅