引言

假设您在熟悉的商店购买一台新DVD播放机需要372元人民币，而到10公里之外的另一家商店购买则可节省2.48元。节省的这点钱会影响您的决定吗？就我个人而言，不会。我仍然会在原来的商店购买，多花2.48元也很乐意，因为我节省了汽油和时间。

现在，假设您计划购买6250万台相同的DVD播放机。这2.48元将能够为您节省1.55亿元的天文数字，将会怎样改变您的决策？

以上故事当然是虚构的，只是为了说明一个道理。但是，如果您把这个故事讲给一家中国电表制造商的CEO听，他或她会立即意识到其中的意义。“尽量压低成本。”我们大多数人都听到过这样的话，而对于从事电力公司电表设计生产的中国苏州银河龙芯科技有限公司(Galaxy)而言，这正是他们面临的挑战。现在，该公司每只电表可节省2.48元，每年可为国家供电公司节省1.55亿元。接下来我将详细介绍其案例，这将关系到创新、集成，也许更重要的是协作。

电表成本领域的“中国效应”

中国拥有14亿人口，是世界上人口最多的国家，所以截至目前中国的电表市场是世界上最大的市场。中国有一家(准唯一)3国有供电公司，即中国国家电网公司，可以说是世界上最大的国有供电公司。国家电网的年收入接近1.86万亿人民币(3000亿美金)，2013年在全球财富500强企业中排名第7。4据我们估计，中国本地市场在2013年的电表生产量为600至650万只(图1)，在未来仍将以10%的速度增长。

图1.中国国家电网的电表。每只电表的典型售价低于124元人民币(20美元)。

我在中国出差期间，多次被告知有超过200家中国企业在从事电表业务。这是真的吗？这一问题就留给读者考证吧，但是我能够轻松列出30多家为国家电网生产电表的主要企业。

在这种竞争环境下，中国的电表制造商每天努力拼搏，以提供性能更高以及成本优化更好的产品。这种情况下，压缩每一分钱都毫无疑问意味着“大单”。

解决方案与创新共舞

苏州银河龙芯科技有限公司并不是电表领域的新手，非常了解国家电网的需求及技术规范。

2009年，国家电网颁布了电表规范，从机械式电表转向固态电表，并制定了适用于整个国家的标准。当其它绝大多数电表制造商仅仅依赖于机械式电表技术时，银河龙芯公司从2003年起就已经在北京地区着手新型电表设计，所以这次看到了成功的机遇。银河龙芯公司的当务之急是学习关于微控制器的技术，学习如何部署以及如何编程。

2010年，银河龙芯公司推出一种新型固态电子电表，并经过了中国国家电力科学研究院(CEPRI)的认证，后者是一家研究机构，也是国家电网的下属单位6。CEPRI是唯一能够为国网招标进行电表认证的单位。得益于出色的技术和经过认证的电表，银河龙芯公司开始向所有的中国电表制造企业推销其参考设计，并快速取得了成功。

中国的电表技术规范要求电表将计量与数据处理部分相隔离，这一强制标准意味着该国的绝大多数电表均采用类似的架构(图2)。

图2.中国传统电表方框图。

从典型的国家设计，我们返回到银河龙芯公司的1.55亿人民币问题：如何压缩设备的材料清单(BOM)并且仍然符合国家要求呢？我相信大多数读者的第一答案均指向微控制器或AFE。不错。不过请相信我，考虑到该市场的规模，在这一层次上再压缩价格已经没有多少余地。

银河龙芯公司与MaximIntegrated的工程师进行了深入讨论，然后我们开始研究其现有的电表架构。我们得出结论，压缩电表成本的唯一途径是彻底改变整个电表的架构。是时候采用创新和集成方案了。

节约成本的电表设计

银河龙芯公司现在有一种新的电表参考设计。我们进行了多项调整，但最重要的变化是采用了Maxim的高性能ZONM3电表(MAX71315)片上系统(SoC)和MAX710714隔离传感器(图3)。

图3.银河龙芯电表方框图，采用ZONM3电表SoC。

得益于高集成度ZONM3SoC，银河龙芯的新设计非常新颖，节约成本。银河龙芯公司的新方案不要求电流变压器(CT)或昂贵的铜母线。由低成本脉冲变压器提供隔离，在ZONM3和MAX71071ADC及71M6601隔离传感器之间形成双向数字通信链路。相对于之前的BOM，新设计削减了的成本超过了2.48元(表1)。

表1.新电表设计相对于传统设计节省的成本

*注意，这里所说的“隔离变压器”元件包括71M6601传感器和MAX71071双通道24位Δ-ΣADC，带有集成放大器和差分输入、精密电压基准、温度传感器，以及电源电压发生器，由ZONM3提供的电源脉冲供电。这种隔离设计可以防止篡改，提高可靠性。

仅此而已？

至此，我们讨论了即使很小的BOM成本节省也能为电表带来巨大节约。很好，但银河龙芯公司在缩减成本的同时还必须符合CEPRI规定的技术规范。所以，在与银河龙芯公司合作期间，Maxim针对中国市场对ZONM3SoC进行了优化。由于ZONM3本身已经是一个很灵活的平台，所以很容易根据中国CEPRI的要求进行定制。

电表定时。CEPRI要求室温及额定工作电压下的定时精度变化必须小于0.5s/天。因此，电表的实时时钟(RTC)是另一重要事项。ZONM3表计SoC集成带有温度补偿的RTC，在整个工作温度范围内的精度符合CEPRI规范要求。利用SoC集成的RTC，该方案减小了体积，当然也节省BOM成本。

集成安全。ZON通过连接至嵌入式安全访问(ESAM)模块，确保电表安全。该模块通过ISO7816协议连接。智能卡行业对该协议非常熟悉，可配合特定的UART工作。ZON集成两个专用UART。

可靠的数据采集。为符合这一要求，ZON集成了红外(IR)编码器和解码器，避免了从电表获得测量数据通常所需的附加IR接收器模块。

开关可靠性。CEPRI强制要求在电表上安装两个开关传感器。机械式开关存在可靠性问题，要求将电表的外壳钻孔。ZON具有两个触摸传感器，代替已被淘汰的老式开关传感器，改善了用户体验。

协作+集成=高性能+成本压缩

银河龙芯公司已经完成了基于ZONM3的参考设计，将在2014年中期向中国的电表制造商推销其设计。

该项目证明，对于像Maxim这样的主要半导体公司，为理解市场以及优化产品指标，与当地公司通力协作是至关重要的。我非常荣幸能够参与创新并见证我们一起如何改变中国电表市场格局。毕竟，在人的一生中没有多少机会能够节省1.55亿元人民币。