与你详谈无线通信之智能电表

　　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MCU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） 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 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 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。

　　

　　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

　　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，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-PSK， 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

　　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ESAM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。