多管齐下提高电表整机计量的可靠性

中心议题：
    *  各厂商专家谈如何提高计量芯片可靠性

与传统机械式电表不同，智能电表是全电子式，计量芯片是智能电表主要的半导体器件，其可靠性一直受到企业和用户的高度重视。

如何提高电表整机计量的可靠性? 华润矽科研发总监罗先才认为，这需要在设计之初就做好可靠性设计，同时也需要一起特别关注各元器件在抗温度、湿度变化、抗静电、抗电 磁干扰、寿命等方面的性能差异。在这方面，业内有些公司起步比较晚，有些公司起步比较早。华润矽科公司则早已建立有一整套完整的质量管控体系，每个产品都 经过严格的可靠性设计，可靠性测试考核方能进入市场。华润矽科有近30年的研发历史和10多年的计量产品研发、量产经验。

无论是水、电、气、热中的哪一类仪表，目前全电子化的趋势非常明显。深圳芯海科技有限公司总工程师李向锋分析道，针对智能电表类产品，为了提高产品的可靠性，除了需要加强设计、 制造、材料选择方面的质量控制以外，还应参照可靠性设计工程的要求，建立产品故障树(FTA)，进行各部分的失效模式和后果分析(FMEA)，并参照 IEC62059系列标准对可靠性进行预计和评估。目前，IEC62059系列标准已经被国标等同采用为GB/T17215.9xx-2011。热量表、 水表等，目前尚没有成熟的可靠性标准进行规范，但也可以参照该标准。

计量芯片的可靠性，与下列因素密切相关：

通过充分的市场调研，达到对计量原理和整表相关标准的深刻理解;

严格的设计流程管理，以及对集成电路设计和 工艺的经验积累;

电磁兼容性设计技术;充分的芯片设计过程验证和整机型式试验;

IC制造过程的质量控制和筛选;

完善的技术支持和服务。

电能计量是一个特殊的领域，要求对智能电表的相关标准和要求非常熟悉，同时还要有一个试用过程，对芯片的可靠性要求也非常高。

目前智能电表计量芯片技术相对成熟，技术门槛也在降低，市场参与者数量较三年前大大增加。除了基本计量功能，产品的可靠性和一致性越来越重要，这也 是电表客户越来越重视的性能。样表也许都能通过测试和送检，但大批量生产和现场长时间挂表后是否保持良好的可靠性和一致性?作为带计费结算功能的工业品， 这一点对电表至关重要。除了芯片的设计外，产品的晶元生产工艺、后期封装测试以及贯穿全程的质量控制，都是计量芯片可靠性和一致性的关键保证。 Cirrus Logic作为全球领先的模拟和混合信号方案供应者，和业内领先的晶元生产、封测厂家建立了紧密的合作伙伴关系，并共同开发了先进的质量控制体系和技术。 2010年Cirrus Logic全球销售了3亿多片芯片。近3年来，平均DPPM (Defect part per million 每百万的缺陷数) 小于1。

对于电表而言，“电子式”并不等于“不可靠”。关键还是切实根据可靠性的指标要求，认真地进行软硬件的设计。不能在价格压力下，以牺牲可靠性为代价追求低成本。

另外，集成化是也一直业界探讨热门话题，存储和无线抄表方案也走向集成，然而对于集成计量芯片业界态度比较谨慎。

“更高的集成度是发展趋势，也是一个过程。集成化与标准化是分不开的。当标准还没有完全确立前，分立化的设计比较灵活。当标准完全确立后，就可以完全集成了。目前技术不是问题，而是标准也没有确定。” 深圳市力合微电子有限公司总经理刘鲲说道。

罗先才认为，集成化发展一定会成为一个主流，但是需要多长时间的发展视乎我国国情，以及市场的接受程度。成熟稳定的模块具有较好的可集成性，不成熟 不稳定的功能模块不要轻易集成。对于集成计量芯片，国内业界一直比较谨慎，但华润矽科非常乐观。因为华润矽科推出的带计量的SOC方案具有超高隔离性能， 在目前推出的产品中具有领先优势。

而Cirrus Logic电能表计量产品线销售经理Michael却不认为将计量芯片集成到后端MCU是未来的技术趋势。考虑到高精度ADC的特别设计和工艺，与后端的MCU的数字工艺相整合，还 是有一些挑战的。另外，集成计量芯片对电表的隔离方式也提出了新的要求。集成计量芯片的主要意图是带来系统成本的降低，但Michael表 示，Cirrus Logic不认为集成计量芯片会必然带来成本的降低和系统设计的优化。

盛扬半导体李文义表示，对水表与气表，MCU集成计量部份并不是问题，主要是水表与气表所用的计量部份解析度较低，通常是SOC设计，以HT67Fx0而言， 就是SOC方案，集成度最高。但电表对计量芯片的要求非常高，通常需要24-bit ADC，系统也较复杂，以系统设计的角度看，将MCU与24-bit集成在一起，弹性反而降低，所以一般都是分开，LCD也是独立，所以HT16C2x系 列LCD driver产品，适合用于电表，电表业者的接受度很高。

在各项标准逐步成熟的条件下，智能电表在一定阶段实现全集成还是可能的。例如：国网农网表等，全SOC的产品已经可以覆盖当前的需求。在电表计量SOC方面，芯海还是空白，当前的策略是“集中精力，专注计量”。