电表新标准引发MCU市场洗牌

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作为智能电网建设的重要一环,去年10月,国家电网公司出台了新一代智能电表标准,并于去年11月进行了第一次智能电表招标。新标准对智能电表技术性能提出高要求,这将引发智能电表制造业及相关芯片业的洗牌。

智能电表新标准具前瞻性

2009年10月,国家电网公司公布了智能电表新标准。新标准包括12个规范,细化了单相智能电表和三相智能电表设计、制造、管理和维护的各项指标。

行业人士对新标准均给予了高度评价。“国家电网公司制定的标准已经走在了欧美各国的前面。”飞思卡尔半导体微控制器事业部亚太区市场部经理曾劲涛表示,“虽然一些欧洲国家也曾经出台一些智能电表标准,但中国的国家电网公司的新标准应该是全球首个如此细化、功能要求如此之高的智能电表标准。”据悉,该标准不仅对单相智能电表和三相智能电表的规格提出具体要求,还对智能电表的显示、外观结构和安装尺寸、材料及工艺等型式提出了细致的要求。

很显然,此次国家电网公司制定新标准有两大意图:首先,新标准对智能电表行业提出了统一的要求,将为国家电网公司正在规划部署的智能电网打下基础。因为目前全国各省市都有自己的智能电表标准,各种各样的标准无法把全国电网互联在一起。标准的统一,将是智能电网建设的重要一环。其次,新标准对规范智能电表市场起到一定作用。目前,我国电表市场较为混乱,电表企业大大小小有上千家,价格也无规律可循。一些电力系统的下属电表制造企业一年也就生产几万台智能电表,这一局面并不利于产业发展。新标准对电表企业的综合实力有基本的要求,因此新标准对于整顿市场、培育有创新能力的大厂有积极推动作用。

未来5年是换表高峰期

2010年~2014年,中国将进入智能电表更换高峰期。但5年内可能更换新表的数量,目前还没有统一的说法。根据国家电网公司5年685亿元的投资,业内人士估计国家电网公司将采购1.7亿台左右的AMR/AMI电表。其中75%是单项智能电表,25%是三项智能电表。2009年11月,在新标准出台仅一个月之后,国家电网公司进行了智能电表的首轮招标。有说此次招标的数量是300万台单相表和26.4万台三相表,也有说是200万台单相表和60万台三相表。最终有10多家电表企业中标,但数量尚无统一说法。

2010年,国家电网公司肯定会在春节后进行多次招标,预计今年国内将更换3000万台到5000万台智能电表。

新标准对MCU提出高要求

此次智能电表新标准提出的技术要求非常高,为此,所有电表企业都需要重新设计方案。而对于电表MCU企业而言,新标准的技术要求也具有巨大的挑战性。“从总的功能上来说,原来厂家设计的微控制器(MCU),几乎没有能够满足国家电网公司新标准的。”恩智浦半导体大中华区微控制器产品市场助理经理王维表示,“因此,每家企业现在都在针对新标准设计新产品。”

记者了解到,对比老标准,新标准对电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线上均有更高要求。“为此,一些原先MCU的附加功能变成了必需的功能。”意法半导体大中国区MCU产品市场经理JamesWiart介绍说,“例如更高的计算能力(DMIPS)来满足电表高性能的要求;更多的存储器使更复杂的数据处理成为可能;更多的I/O以支持周边器件,如SPI、I2C、智能卡、SUART以及RTC等。”

具体说来,过去非常简单的表需要8KFlashMCU,现在,60KFlash以上的MCU才能满足新标准的基本要求。同时,MCU的串口至少是3路甚至更多。而且,由于新标准要求在电池供电情况下电表至少运行5年,因此,平均来看,整表的电流强度要低于30微安。分配到MCU上,MCU的电流强度要在几微安到10微安左右。

国家电网公司新标准规范

《智能电能表功能规范》《单相智能电能表型式规范》《三相智能电能表型式规范》《0.2S级三相智能电能表技术规范》《0.5S级三相智能电能表技术规范》《0.5S级三相费控智能电能表(无线)技术规范》《1级三相费控智能电能表(无线)技术规范》《1级三相费控智能电能表(载波)技术规范》《1级三相费控智能电能表技术规范》《1级三相智能电能表技术规范》《单相智能电能表技术规范》《智能电能表信息交换安全认证技术规范》

特色MCU新方案挑战老方案

目前,对比市场上的老方案,一些新MCU(微控制器)方案提供了更加适合电表应用的功能。

 方案一:飞思卡尔MZ系列单片机

 设计细节贴近电表设计需求

该系列产品兼容性高。系列产品采用同一套开发工具,软件和模块移植性强,大大减少开发时间,降低开发成本。外置LCD驱动,简化电路板布线。让客户把LCD驱动和LCD放在一起,减少布线,提高方案抗干扰能力。5V芯片。虽然3V芯片比5V芯片在降低功耗方面更有优势,但是目前计量芯片和载波模块都是5V的,在同一方案中有两个不同的电压域就需要做各种转换,增加了系统的成本并降低了可靠性。为此,MZ系列最终设计为5V芯片。

 方案二恩智浦ARM核心单片机

 ARM平台易于开发

恩智浦Cortex-M0和Cortex-M3单片机方案。目前重点方案包括LPC1700和LPC1100。
恩智浦对Cortex-M0进行了精简处理,指令更易使用,易于被原来使用8位和16位MCU的工程师接受。而且,在M0核上采用C语言编程,代码效率更高,程序所占容量更小,可节省综合成本。此外,产品基于ARM平台,可以做到无缝快速移植。统一平台可以节省研发成本,降低研发时间。客户易于获得相关代码、资料和其他信息。在工具、软件上易获得更好的支持。

 方案三STM8L和STM32单片机

 提供全系列智能电表元器件

意法半导体STM8L和基于ARMCortex-M3STM32的方案。

意法半导体提供全系列智能电表元器件,包括MCU、计量IC、电源供电、实时时钟、电力线载波及存储器等。而且,各类元器件完全符合新标准要求。

电表MCU行业将重新洗牌

由于第一次招标给予厂家的准备时间非常短,第一次中标的方案并不是非常优化的方案,这些方案主要以通过测试为主。记者了解到,在第一次招标后,所有的智能电表企业和MCU企业进行的大量设计都围绕方案优化和成本降低展开。

根据市场调研公司iSuppli在2009年第二季度公布的调研数据,在单相表MCU市场上,日系企业NEC/瑞萨占有60%左右的市场,接下来是微芯16%,德州仪器9%,意法半导体5%,飞思卡尔3%。在第一次招标中,由于时间紧迫,多数客户只能在已有方案上进行改动,因此,估计MCU的市场分布变化不大。而第一次招标之后,电表厂商要根据新标准开展新的设计,MCU企业也会抓住新标准提供的新机遇,展开新一轮激烈的竞争。预计将会有大量的新方案进入智能电表市场,参与未来的招标。

市场上占有率较高的日系MCU产品存在一些典型的问题。例如,日系MCU产品相对更加封闭,软件不太开放,客户不易切换到其他平台上;与此同时,日系产品8位和32位芯片采用不同平台,客户开发单相电表、三相电表以及设备需要维护两个独立的开发平台,开发时间长,成本高;而且,日系产品没有集成RTC和EEPROM,电表整体成本较高。

而新智能电表MCU在上述问题上都有革命性创新,因此,我们认为智能电表MCU市场将进行新一轮洗牌。实际上,像飞思卡尔这些动作较快的厂商,已经推出新的产品系列,其在第一次招标中就成功将自己的市场占有率提高了一倍。
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