加速仪器仪表自主可控与国产替换 龙芯推出水热气表专用测计量芯片

近日，二十届三中全会明确提出仪器仪表要实现自主可控的目标，为我国仪器仪表产业的发展指明了方向。在这一背景下，国内水表、气表、热表（以下简称“水热气表”）行业的国产化问题备受关注。目前，我国水热气表的国产化率普遍较低，特别是核心元器件依赖国外进口和技术路线，自主性和可控性都亟待提高。为了突破这一现状，龙芯中科积极响应国家政策，成功推出水热气表专用的超声波测计量芯片，为实现仪器仪表的自主可控与国产替换迈出了重要一步。

一、国内水热气表行业现状

长期以来，国内水热气表市场的大部分份额被国外产品占据，国产化程度严重不足。造成这种局面的主要原因之一就是核心元器件的国产化率极低。水热气表中的核心元器件，如测计量芯片等，对水表、气表和热表的性能、精度和稳定性起着至关重要的作用。然而，这些关键元器件高度依赖国外进口和国外技术路线，不仅增加了产品成本，还存在供应链安全风险，容易受到国际形势、贸易政策等因素的影响。此外，由于缺乏自主知识产权，国内表企在技术创新和产品升级方面也受到一定限制，难以满足市场日益多样化的需求。

二、龙芯推出水热气表专用测计量芯片

另一方面，随着我国经济的快速发展和城市化进程的加速，水热气表作为能源计量的重要工具，其市场需求不断增长。然而，核心元器件依赖进口的现状严重制约了我国水热气表行业的发展，也给国家能源管理和公共服务带来了潜在风险。在这样的背景下，实现水热气表核心元器件的自主可控和国产化替代，成为保障国家能源安全、提升行业竞争力的必然选择。

龙芯中科作为国产芯片研发领军企业，二十多年来一直致力于推动国产芯片的发展和应用。为了解决水热气表核心芯片依赖国外技术产品的问题，龙芯中科经过深入研发，推出了首款全自主水热气表专用流体测量芯片——龙芯1D。该芯片的推出，是龙芯中科在仪器仪表领域的重要布局，旨在打破国外技术垄断，为国内表企提供具有自主知识产权的核心芯片解决方案。

三、龙芯超声波流量测计量芯片介绍

1、龙芯1D概述
作为龙芯1号小芯片家族中的一员，龙芯1D是龙芯自主设计研发的超声波流量测计量专用SOC芯片，主要应用于超声波水表、热量表、燃气表领域。龙芯1D集TDC与MCU为一体，将超声波流量测计量行业内双芯片方案简化为单芯片方案，降低了成本、提高了性能。龙芯1D芯片具有高精度、高安全性、高性价比、高集成度、低功耗等特点。
2、龙芯1D技术参数
龙芯1D芯片集成 MCU、FLASH、TDC、超声波脉冲发生器、温度测量单元、SPI、UART、I2C、RTC、ADC、段式 LCD 控制器、空管检测、断线检测等功能模块。配合完善的编程、仿真、调试环境，大大简化超声波流量测量系统的软硬件设计。主要内部资源及技术参数，如图1所示。

图1 龙芯1D技术参数

3、龙芯1D内部结构
龙芯1D按内部结构可以分为测量模块、处理器子系统、电源管理模块和显示模块 4 大部分组成，其结构如图2所示：

图2 龙芯1D结构图

处理器子系统是整个芯片的控制核心，它包含了处理器内核以及 FLASH、SPI、ADC、串口控制器以及 I²C 等外设模块，其电源可以单独关闭以节约系统功耗。测量模块（SNRTHS）包含脉冲发生器、模拟比较器和TDC等，该模块具有独立的电源控制模块用于非测量期间关闭电源来降低功耗。显示模块最大支持 96 段的 LCD 显示和独立的电源控制模块，芯片其他模块的电源可以由软件实现灵活的关断和开启以实现性能和功能的最优配置。
4、龙芯1D技术特点
1）安全可靠
完全自主设计：采用 LoongArch指令集，从整个架构的顶层规划，到各部分的功能定义，再到细节上每条指令的编码、名称、含义，在架构上进行自主重新设计，具有充分的自主性。
2）单芯片方案
龙芯1D集TDC与MCU为一体，一颗芯片加上简单的外围电路即可以实现时差计算和流量计量。
3）自动化测试
高度可配置的自动模式，不需要单片机进行控制。
4）首波检测
可配置的首波检测，方便定义相对的首波位置，去除环境中的大部分噪声。
5）状态检测
多状态检测，启动自动进行换能器在线检测，并支持实时空管事件报警提示。
5、龙芯1D竞争力
1）自主可控
芯片为自研生产，实现技术自主，自己控制，便于查找问题分析问题，安全性高；技术自控，可根据实际需求进行定制升级。
2）降低成本
芯片集TDC与MCU为一体，集成度高，在保证测量性能的基础上，节省MCU模块，具有成本的显著优势。
3）服务完善
提供完善的技术支持，提供硬件和软件服务。
4）品牌优势
国产CPU第一股，始终秉持为人民做龙芯的理念，深耕CPU研发二十余年，深受广大人民支持和喜爱。
5）供应稳定
设计生产封装全部在国内完成，没有任何卡脖子环节，同一线晶圆代工厂合作紧密，产品供应链非常稳定。
6）迭代更新
芯片迭代更新可以带来性能提升、能效优化、成本降低、集成度提高、软件兼容性增强、市场适应性提高等多方面的优势。

四、龙芯水热气表专用测计量芯片的作用和意义

1.提升水热气表的国产化率：龙芯 1D芯片的推出为国内水热气表企业提供了关键的核心元器件，有助于提高水热气表的整体国产化水平，降低对国外芯片的依赖，增强我国在该领域的自主供应能力。
2.保障能源计量安全：自主可控的测计量芯片能够确保水热气表数据的准确性、安全性和稳定性，防止数据被篡改或泄露，为国家能源管理和计费提供可靠依据，保障能源计量安全。
3.促进技术创新和产业升级：拥有自主知识产权的芯片将激发国内表企的技术创新活力，推动水热气表行业的技术进步和产品升级。企业可以根据市场需求和行业发展趋势，开发出更多功能丰富、性能优越的水热气表产品。
4.降低产品成本：国产化芯片的应用可以减少进口芯片的采购成本，降低水热气表的整体生产成本，提高国内产品在市场上的价格竞争力，为用户带来实惠。
5.构建自主产业生态：龙芯水热气表专用测计量芯片的推出，有助于吸引更多国内企业参与到水热气表产业链的各个环节，形成从芯片设计、制造到表具生产、系统集成的完整自主产业生态，提升我国在仪器仪表领域的整体竞争力。

五、合作呼吁与展望

龙芯中科希望广大表企能够积极与龙芯合作，采用龙芯芯片进行产品开发和生产。为了支持合作伙伴，龙芯将提供以下支持与服务：

基于超龙开发板的研发支持：超龙开发板是基于龙芯 1D 搭建的用于快速测试、评估超声波流量转换器的硬件开发平台。它提供了超声波水表和热量表所需的全部硬件接口，配套资料丰富，包括应用开发系列视频教程，方便用户快速学习和方案评估，目前已有多个应用案例和成套解决方案。

流量表计产品化支持：包括批量离线烧录器，可支持龙芯 1D 流量表计电路板程序的批量烧录，提高批量生产效率；流量表计批量生产调试系统，能够辅助进行流量表计批量自动化生产，大幅提高生产效率；便携式流量计量演示系统，可模拟超声波水表工作运行场景，直观展示各项功能，还可装配其他厂家的表计进行功能性能比较。

在国家政策的引导和市场需求的推动下，龙芯中科有信心与广大表企携手共进，共同推动水热气表行业的自主可控和国产化进程。通过采用龙芯水热气表专用测计量芯片，国内表企将能够提升产品竞争力，为用户提供更加优质、安全、可靠的水热气表产品。同时，这也将为我国仪器仪表行业的发展注入新的动力，助力实现产业升级和技术创新，为国家的能源管理和公共服务做出更大贡献。

相信在不远的将来，随着龙芯芯片在水热气表领域的广泛应用，我国水热气表行业将迎来崭新的发展局面，实现真正的自主可控和国产化替代，为国家的科技进步和经济发展提供有力支撑。

我们期待更多的表企能够积极响应，与龙芯中科开展深入合作，共同开创我国水热气表行业的美好未来！

审核编辑 黄宇