多功能电能表专用芯片现状及发展趋势

多功能电能表专用芯片现状及发展趋势

王瑞毅

目前，我国电度表生产企业有几百家之多，生产能力约为1.9亿台，年产电表近8000万台。但随着城乡电网改造高潮的过去，全国一户一表工程的基本实现，电度表市场形势发生了根本变化，市场销量比前两年己有下降，销售高峰期己转入销售平稳期，市场竞争更为激烈。近年来全国用电缺口的急剧扩大，国家发展和改革委员会决定全面推行峰谷分时电价和避峰电价，鼓励用户合理移峰用电，这一政策的出台，带动了各地供电部门对复费率、多功能电表的需求快速上升，经过前几年城乡电网改造高潮供电的锻炼，国内电表设计、制造、元器件生产的水平和质量己大幅度提高，参与复费率、多功能电表供货的企业增多，这一切都给各电表生产企业带来了机遇和挑战。

多功能电表的电路比普通电能表的电路更为复杂，元器件也比较多，调试生产程序较多，质量保证更为困难。因此，多功能电表的技术方案选型至关重要，其中主IC的选型是关键所在。目前，各种多功能电表的主IC主要有两类，一类为通用单片机（MCU），一类为多功能电能表专用IC，前者为绝大多数厂商目前的选择方案，后者己开始使用并高速扩大中。

一、为什么要使用多功能电能表专用IC

如果现在那个电表厂生产的普通全电子电表是用多个IC（模拟或数字）加许多外围电路组成，业内人士都会觉得可笑，可事实上十几年前能用多个IC实现全电子电表的企业在业内技术上就非常领先了。今天我们广泛运用的AD（E）7755、CS5460A 等IC实际上就是一块电量计量专用IC。

在二十年前，一台收音机是由多个晶体管、中周等器件组成，今天的收音机，开盖后就一块IC和少量元件。回到仪表行业，十年前万用表是用A/D芯片、单片机、LCD

驱动IC、少量数字电路（74LSXX）来组成的，今天的万用表，大表、小表盒内装的都是同一型号IC。

举了以上几个例子，就是告诉大家一个我们的看法，也许不要5年，我们复杂的多功能电能表表内也将只有一个IC和少量器件，一只单相多功能电表卖二百元以上（前些年更高）将成为历史，我们估计，2008年，一只单相复费率电能表的出厂售价（不变价）会下降至120元以下。

这一切，希望大家不要感到意外，市场的竞争，技术的发展将会使以上的描述变为现实。

可能有人会说，中国上千个供电局，想法都不一样，需求众多，通讯规约都不尽相同，多功能电表专用IC能满足这么多要求吗？我们用单片机来专做还不能适应呢！何况是做死了的IC。当然，用单片机是无法做出一种适应全国所有供电局目前、将来要求的电表的。可我们要从两方面来看，一是虽供电局众多，但随着各省市局标准的出台，国标的出台，产品的需求越来越规范化、通用化，同一类产品的需求将标准化；二是多功能电表专用IC使用高级语言编程（类似于VB，可不再使用汇编或C编程）、功能模块化及模块可添加技术、片内仪表总线、通讯规约可视化编程与添加、显示可编程等技术，轻松实现不同的需求、通讯规约、显示及接口。

由于多功能电表专用IC大规模生产、高度集成、功能强大、产品实现简单，将会给各电表企业带来福音，使用多功能电表专用IC，将会大大降低电表生产企业的研发成本、器材采购成本、生产成本，大大提高产品可靠性和质量，减少研发和生产人员，缩短产品开发周期从而快速满足用户新的需求。

二、多功能电能表专用IC的现状

为了方便后续的描述，我们将多功能电表专用IC定义为：仅用于或可用于多功能电表的、不只完成计量功能也能完成多功能电表全部或部份功能（至少带有复费率功能）的IC。依据上述定义，下列IC可认为是多功能电表专用IC（不完全记录）：福星晓程公司的PL2XXX、PL3XXX系列芯片；炬力公司的ATT7023芯片；银河龙芯公司的GC02XX系列芯片；复旦微电子公司的FM230X系列芯片；贝岭公司的BL0936、BL0938芯片；华龙公司的HL801DB芯片；国微公司的SS9923芯片；TI公司的MSP430系列单片机。

国内最早开发多功能电表专用IC的厂家应为复旦微电子公司，近几年来，己有多家国内厂商开始涉及此领域，以福星晓程公司步伐为最快。最近TI公司的MSP430系列单片机的多功能电表应用推出，Motorola公司开始进入，使得多功能电表专用IC 的产品领域热闹非凡。究其原因，是国内多个省市大力推广和安装单相复费率电表和更换普通三相表为多功能电表，多功能电表市场大大放大，使用单片机制作多功能电表越来越难满足用户需求和成本难以下降。

综合研究上述厂家为用户提供的多功能电表专用IC，我们发现一个规律：除银河龙芯公司外，其它厂家产品均为以一种CPU为中心，外围挂上RTC、脉冲输入口、FLASH ROM、RAM、标准I/O口、LCD或LED显示驱动电路、载波驱动电路、标准串口、温度测量电路等组成，实质上是一个单片机再加上部份多功能电表用外围电路而形成。最近推出的福星晓程公司PL3XXX系列芯片和TI公司MSP430FE42X系列芯片均挂上了二路16位A/D，可以实现“单芯片”单相多功能电表，但仍是以单片机为中心的方案。

笔者认为，以单片机为中心来实现的多功能电表专用IC，是现行流行的单片机+外围电路构成多功能电表方案的自然延伸，容易被电表厂家接受和符合当前的生产习惯，但此方案不可避免的带来了如下的问题：a) 这种专用IC使得多功能电表的设计

工作更为复杂，原因是用户要放弃自己熟悉的单片机和外围电路去适应新的IC，由于外围电路加入至芯片，专用IC的变量、设置寄存器将比单片机更多更复杂，用户不熟悉集成在IC内的外围电路，理解和决定这些参数、配置IC外围器件较为困难，且各厂家的设置又大不相同，这样增大了电表设计工作的难度。b) 单片机+外围电路构成多功能电表方案中的问题未得到解决，反而加剧了，例如，当单片机死机时，多功能电表仅计量不能正常进行，当RTC加入IC后，加上许多专用IC有时钟调校功能，用户不能保证专用IC的CPU死机后，RTC能正常工作。c) 在专用IC内加入计量部份当然是很好的立意，但这种用两路16Bit A/D和软件配合完成的计量结果虽可检测，但长期稳定性和可靠性很难被供电部门认可，反而使用户不敢使用这种专用IC。d) 与单片机相比这类专用IC仅多集成进去了RTC电路、载波驱动电路、脉冲输入电路、温度测量电路，但载波驱动电路大多数情况不使用，脉冲输入电路单片机可用标准I/O口+软件完成，因而整表器材成本下降不大或没有下降（专用IC价高时）。e) 电表企业期望的众多新技术（例如：CPU死机但计量、时钟正常工作；编程高级语言化；功能模块化及模块可添加；通讯规约可视化编程；显示可编程；全电子产品长寿命等）在这些专用IC中未能体现。

三、多功能电能表专用IC的发展趋势

笔者认为：多功能电表专用IC的发展有如下趋势：

a)更专业化和分类更精细。任何一种专用IC复盖一个广阔的应用领域是不现实

的，下一步面市的多功能电表专用IC将系列化和专用化以适应不同的电表产

品，例如：单相复费率用途和三相复费率用途使用不同的专用IC。

b)编程语言高级化。多功能电表在我国广泛开发和应用近二十年来，其软件的设