今天，美國大多數民用和商業建筑還在用老式的機電型電表跟蹤電力的使用情況。這些表可靠且便宜，但不適于需要精確、可重復電力計量以及有線或無線通信的電力分配系統，換句話說，不適合即將到來的Smart Gird(智能電網)電力分配系統。

Smart Grid需依賴有完備通信能力的智能電表來監控能量使用，使居民和商務消費者都能對能源用量和使用時間作出有根據的決策。但Smart Grid也面臨著困難。雖然在聯邦政府方面，華盛頓已通過了相關立法，如2007年能源法案和2009年的刺激計劃，但公用事業機構實際上是以各州為基礎分配電力。在Smart Grid的準備中，加利福尼亞州與德克薩斯州是最積極地轉向智能計量的兩個州(參考文獻1)。

無論 Smart Grid是否能在(美國)國家層面上以某種形式順利和無縫地進行下去，已有足夠的獨立公用事業機構正在采購和安裝電子電表，使之成為了一個重要的市場。看一下過去20年來的重要應用：手機、計算機、大屏幕電視。它們之所以聲名顯著是因為擁有一個數億元的市場。公用事業安裝的電表也有一個類似的龐大市場。每個房屋和商業建筑都需要一塊電表。今后10年內，全球公用事業公司可能要更換5億塊電表。

智能電表由一個帶有板載ADC和DAC的微控制器、一個電壓和電流檢測元件、一個AC/DC電源轉換器、備份電池以及無線或有線通信功能組成(圖1)。

多家公司都提供電表IC，包括德州儀器(TI)公司、安森美半導體(ON Semiconductor)公司、Maxim、Analog Devices、Teridian和e2v。這些IC基本都是微控制器，它們追蹤電量的使用信息以及從公用事業機構回傳的信息。它們可以對電壓波形和質量作一些DSP運算，將信息傳送到一個顯示屏，并存儲待發的信息。雖然“智能電表”這個詞匯表示微處理器是中心元件，但防篡改措施則使電流檢測元件和電源備份的選擇成為智能電表的重要決策。

電表中主要采用了三種類型的電流檢測技術：電流變壓器、Rogowski線圈以及電阻分流器。使用哪種技術取決于電力分配是多相還是單相。世界上多數家庭只使用從發電機進入家中布線的單相電源。美國民用市場采用一種分相配電，它向居民提供120V AC和高達240V AC，需要用一個電流變壓器作為隔離電壓/電流傳感器。北歐的商用與某些民用電力是三相電源，但家里一般還是單相。一般來說，在檢測電壓與電流以確定計量的使用電量時，單相配電系統中會使用一支分流電阻，而在分相或三相系統中使用電流變壓器或Rogowski線圈，因為跨不同相位測量的電壓會超過半導體器件的電壓容限。

最常用的隔離傳感器依次是：電流變壓器、Rogowski線圈和霍爾效應傳感器(圖2)。電流變壓器有一個鐵芯，很容易受到強大永久磁場的影響。靠近變壓器的磁鐵會使磁芯飽和，使檢測線圈無法拾取交流線上的AC電場。Rogowski線圈為空氣磁芯，包括一卷圍繞著電力線的導線。與鐵芯不同，空氣磁芯在強永久磁場情況下不會飽和。但是，它易于受其它篡改方法的作用，如存在一個大電感場時，它會耦合到線圈上，壓制住線圈要檢測的AC電流。

霍爾效應傳感器采用一種半導體器件，檢測電線中變動的電流所產生的磁場。但它們的讀數會隨溫度而變化，不能在寬的電流區間上永遠保持線性。這個問題在美國市場上更嚴重，因為這里的電表額定值高達200A，而在其它國家(如印度)電表測量20A或40A。Teridian公司電表產品業務部副總裁兼總經理 Kourosh Boutorabi表示：“線性度在美國這樣的市場很重要。公用事業單位對電表的誤差要求是0.2%。世界其它地區的公差接近1%。如果你用電較多，則測量中較多的損耗就更重要，而測量精度也更重要。”

霍爾效應傳感器也有優點，他說：“雖然它們不(像電流變壓器那樣)精確，但它們比較便宜。霍爾效應傳感器可以不用物理連接，而直接靠上(電力線)。”如果用電流變壓器，則必須手工將電力線與檢測線圈裝配起來。

世界上大多數電表都是單相表，用一個簡單的分流電阻作電流檢測元件。Bourns公司電阻產品部產品營銷經理Cathal Sheehan將分流法的特性描述為簡單、廉價和不受磁場與感應場影響，后者常使磁性和感性傳感器產生混亂。

Analog Devices公司能源計量產品營銷工程師Mark Strzegowski承認，分流法不提供多個相位之間的隔離，所以你需要在其它地方提供隔離功能。該公司的方案是使用一個帶隔離平面變壓器的分流電阻，它采用該公司用于隔離元件的iCoupler技術：iCoupler與分流電阻兩者相加，仍然低于電流變壓器或Rogowski線圈的成本，并且仍保持測量的線性。Strzegowski說：“選擇電流檢測技術時要考慮的重要問題之一是客戶要求的性能。市場有一種趨向更寬動態范圍的趨勢，而這也增加了更多的測量次數。你需要以相同的精度，準確地測量從100A到100mA的電流，因為0.1%是一個典型的精度規格。”

分流電阻天生就存在著發熱問題：雖然它們的響應線性度很好，但它們無法處理一些最大的負荷，因為有自加熱效應。同樣，電流變壓器一般需要補償的相位失真較小，尤其是當應用需要更精密的測量時，如對電抗與諧波能量的測量。一般來說，單相電表用分流電阻作傳感器，而三相電表則采用電流變壓器。

Power Integrations公司產品營銷經理Silvestro Fimiani認為，除了防止篡改以外，電表的效率也很重要，尤其是在不久的將來，全球可能安裝或更換的電表超過1億部。他說：“在電表的壽命期間，由于電表的無效使用耗費的能源成本會多達20美元。這與電表的成本相當。”在智能電表世界中，Fimiani可能是少有的強調能源效率的人，幾乎沒有其它供應商關心電表效率，也許因為電表的采購者一般是公用事業機構，而不是為電表功耗付費的組織。這個成本是不可見的，但卻會轉嫁給消費者。

電表中的元器件應耗能很少，原因不僅是要節省成本和提高效率，也是為了確保在電池供電情況下，電表也能高效運行。電表用電池供電似乎是一個奇怪的想法，但智能電表必須在掉電情況下也能持續工作。

電表中電池備份的重要性與所在區域有關。例如在美國，如果停電，則沒有可測量的東西，因此幾乎不存在讓電表處于蘇醒狀態的需求。Analog Devices公司的Strzegowski指出，印度的情況不同，一些規定要求系統中必須有兩支電池。一支電池為電表提供的能量可將讀數和信息保存24 或48小時，并保持顯示屏點亮。另一支電池則要將電表信息保持至少兩年時間，防止電表被篡改。它將電表從電力線中移開，這樣電表電路中就沒有電壓，但電力仍然在電線中輸送。

電表的電池備份一般采用鋰/亞硫酰氯電池，它的自放電率為納安量級，存放壽命超過10年。Tadiran公司是此類電池最大的美國制造商。電池本身足以完成電表中數據的備份，但不能通過無線通信將數據發出去。有一種方案是用電池對一只超級電容作涓流充電。超級電容制造商Cap-xx公司應用工程副總裁Pierre Mars解釋政府的規定如何影響電表：“雖然電表接在主電力線上，有冗余電源，但電表不能用它來發送數據。舉個例子，當我在澳洲時，那里的規定是電表從用戶電力線中獲得的能量不能超過2W，所以它們需要用一只超級電容，為GSM突發通信傳輸提供能量，這需要0.6ms的突發6W功率，而平均功率不到 0.75W。”Mars指出，如果政府制定能源使用的規則，而不是限定最高使用功率，就不存在這個問題了。

另外，超級電容還提供足夠作“臨終遺言”式傳輸的功率，如當電力網中斷時，超級電容備份的電量夠作一次傳輸，警告電表已掉電。

全世界各個地區因偷電造成的電力損失各不相同：美國可能不到4%，而印度報告說損失大于10%，拉丁美洲國家的這種損耗可達20%。對于防竊電表的研究是轉向智能電表的另一個原因。篡改一塊電表最簡單和最常見的方法是采用傳感器。

為什么在美國防竊電方法很重要?因為隨著電力用量的不斷提高，4%的損失也足以引起公用事業單位的注意。但更重要的是，竊電是非法“大麻屋”最常用的能源。在鄉村地帶，這些房屋的電費賬單很容易達到每月1萬美元，而從鄰近電力線偷電是最簡單的取電方式。鄰居和公用事業單位都不喜歡“大麻屋”，采用智能電表可能是一種抑制這類活動的有效方法。不過有些人也擔心任何涉及大型組織(如政府或公用事業機構)的活動都是在監控個人的行為(見附文《用Google查詢你的用電狀態》)。

飛升的能源價格也促使非公用型應用調整自己的電力測量工作。TI公司大批量模擬與邏輯業務高級副總裁Dave Heacock表示，服務器農場(server farm)有時會要求自己的前端AC/DC電源供應商提供電力測量功能，這樣農場可以根據使用情況向客戶收費：如在高峰時間的用電將收取較高的費率。 Heacock說：“用戶會想，‘我得在半夜電力價格較低時再作所有的信用卡交易’”。

對這種應用的容限可能不如一塊公用電表那么嚴格：Heacock建議，對負載大于滿負荷20%的情況，這類測量設備的典型公差為2%，而在5%滿負荷時降到5%。他解釋說，相對寬松容限的原因是他們不希望增加解決方案的成本。