智能儀表是智能電網構筑過程中不可或缺的一部分。原先的電能表一般采用機械式結構，而智能儀表采用的是電子式結構，因此對半導體的性能要求及對它作為一個新興市場的期待都頗高。此外，可延長電池驅動時間的低功耗工作、信息及付費等通信安全也將成為重要因素。因此下面我們就將以智能儀表的發展趨勢及存在的課題進行說明，并就此介紹瑞薩電子在智能儀表方面的解決方案。

　　根據地區與公共事業單位的不同而構建不同測量單元

　　全面普及對電、水、氣等使用情況進行記錄，并帶有通信功能的智能儀表，是構筑智能電網的首要前提。過去，電表的作用只是為了通過遠程抄表來提高用電量統計工作的效率，以及防止盜電行為。但是隨著用電量可視化帶來的省電節能備受關注外，為了通過智能電網構筑分散型電源而擔任基礎作用，及把握電力需求的詳細信息來防止停電等多種需求在全球不斷擴大。尤其由于過去各類電能表均采用機械式構造，而智能儀表則采用了電子式構造，因此人們對智能儀表中的半導體性能及智能儀表帶來的新市場越發期待。

　　智能儀表由測算單元、通信單元及開關單元3部分構成。（圖1）測算單元的主要是對用電量以及相關費用的統計。通信單元則用于與公共事業單位的通信。開關單元，顧名思義即為控制電或氣等的供給。以智能電表為例，它由測算電流/電壓的測量部分、及以它為基礎進行電力、費用計算的MCU部分、顯示部分、保存費用信息的EEPROM、使通信單元的連接處于絕緣狀態的光耦合器等構成。然而，由于地區及公共事業單位的不同，對智能儀表的開發思路也大不相同。這導致了智能儀表的內部構成分為了3 種類型，而智能儀表的主要構成部分MCU也在操作和性能上有很大的區別。

　　圖1：面向智能電表的測量單元系統框圖和構成例

　　第一種是通過MCU的軟件只對費用進行計算處理。這種電表由于其只需基本的計算功能，因此一般只需采用8位MCU即可。同時，由于這種電表幾乎全部利用硬件進行處理，因此也可實現低功耗。此外，此類電表存儲器尺寸小、成本低、無需開發電力測量相關功能，因而可縮短開發周期。尤其對于偏向短開發周期的中國市場而言具有很大優勢。

　　第二種是電力運算也要通過軟件來進行。這種電表需要高速的16位MCU。與第一種相比，靈活性更高。對于擁有豐富軟件開發人材的印度市場來說非常合適。

　　第三種則要用MCU的A/D板進行感應，通過軟件進行濾波處理、電力運算、費用處理等。為了實現更高的靈活性，通過更改軟件可支持普通家庭用單相電源和面向工業的三相電源。只是，由于被要求具備更高運算能力，所以需要32位且具備DSP功能的MCU。因此在重視開發效率與附加服務的美國與歐洲市場需求很高。

　　由于測量單元的多樣化構成，與之對應的MCU產品也大相徑庭。而瑞薩電子卻擁有可對應上述各種類型電表的MCU產品線。例如，針對第一類電表，瑞薩電子擁有 R8C及具備單相電力運算單元的78K0等產品。針對第二和第三類，擁有78K0R、V850、H8S以及即將推廣的RX200等產品。（圖2）瑞薩電子可提供以主要組成部分的MCU為中心，包括測算電流/電壓的測量部分、顯示部分、可保存費用信息的EEPROM、以及擁有許多其他功能的IC、功率器件等在內的智能儀表解決方案。

　　圖2：面向儀表的MCU發展藍圖

　　以標準產品和ASIC來支持多種通信單元

　　根據通信地點，通信單元一般有2個系統。一個系統是用于將費用信息傳輸給公共事業單位的Neighborhood Area Network（NAN）；另一個則是智能儀表在用戶家中實現網關時所需的Home Aria Network（HAN）。

　　首先，根據使用地區的不同，NAN系統擁有電力線通信和無線通信2種方式。在美國主要以900MHz頻帶的網格通信為主，而在中國和歐洲則是以電力線通信為主。日本國內目前主要以無線通信為主流，但也在考慮是否采用特定小功率、950MHz、PHS等。

　　另一方面，HAN系統則有可能采用WiFi、ZigBee、6LoWPAN、Z-Wave等無線方式或電力線通信、EtherNet等有線方式。

　　因此，上述通信單元所需要的半導體也因為公共事業單位及地區的差異有所不同。為了對應這種情況，瑞薩電子目前正在開發面向標準產品的輔助千兆赫茲頻帶無線 IP內核和多調制IP內核。更有ASIC可供選擇。瑞薩電子可在短時間內根據客戶所需的通信方式定制完全符合需求的產品。而就ASIC而言，由于其所采用的先進工藝，也可完全實現低功耗需求。

　　硬件加密引擎與防篡改功能使安全性能得到提升實現安心、安全

　　然而，在儀表具備了通信功能后，也出現了弊端。其中最令人擔憂的問題就是遭受黑客攻擊。通信遭到攻擊后電網的命脈停止的話可能會導致嚴重災害。而解決這個問題的關鍵在于進行通信加密。這其中則涉及到2個要素，路由器等產品對“防通信攻擊的高度加密技術”，以及為了防止儀表內部被攻擊而進行MCU內部信息加密的“防篡改功能”。而瑞薩電子同時擁有實現安全傳輸所需的高度硬件加密引擎和高度防篡改功能2種技術。這對一個半導體廠商來說具有超強優勢。正因為有了這些技術，瑞薩電子即將推出客戶所要求的搭載安全性能的NAN系統。

　　此外，由于擁有EEPROM、光耦合器等外圍器件，瑞薩電子幾乎可以提供智能儀表所需的所有主要半導體產品。今后，瑞薩電子也將繼續為不斷為需求擴大的智能儀表提供更多解決方案。