設(shè)計(jì)符合電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)位置編碼器接口 —— 第2部分

在本博客系列的第一部分，Martin Staebler提供了各類電機(jī)位置編碼器及其接口的概述。在第二部分中，筆者將對(duì)雙向/串行/同步（BiSS）位置編碼器的接口進(jìn)行講解。

BiSS是來(lái)自iC-Haus公司的開(kāi)源協(xié)議。它定義了適用于致動(dòng)器和傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器或位置編碼器）的數(shù)字雙向串行接口。（更多詳情見(jiàn)。）BiSS允許單向或雙向模式（被稱為BiSS-C連續(xù)模式）下的串行同步數(shù)據(jù)通信。BiSS接口與串行同步接口（SSI）硬件兼容。

BiSS協(xié)議定義了進(jìn)入數(shù)據(jù)部分訪問(wèn)的每一個(gè)用戶/從站，這些數(shù)據(jù)部分為：傳感器數(shù)據(jù)部分、致動(dòng)器數(shù)據(jù)部分、寄存器數(shù)據(jù)部分和（如果已規(guī)定）多周期數(shù)據(jù)部分。根據(jù)訪問(wèn)和傳輸性能，每個(gè)數(shù)據(jù)部分均可有不同的設(shè)置 —— 這取決于傳感器應(yīng)用。為連接到用戶/從站，“BiSS主站”協(xié)議應(yīng)是預(yù)先確定的，它可發(fā)送數(shù)據(jù)到位置編碼器，也能從位置編碼器接收數(shù)據(jù)。BiSS主站是軟件，并在Sitara?處理器或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）等主機(jī)處理器上實(shí)現(xiàn)。

BiSS接口有兩種物理層（PHY）選項(xiàng)，一種是基于TIA/EIA-422標(biāo)準(zhǔn)的，另一種則是使用LVDS TIA/EIA-644標(biāo)準(zhǔn)的。典型的接口是基于TIA/EIA-422標(biāo)準(zhǔn)的。

BiSS有兩種不同的結(jié)構(gòu)選項(xiàng)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和總線結(jié)構(gòu)。在本文中，筆者將重點(diǎn)談?wù)擖c(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。如欲獲得更多有關(guān)總線結(jié)構(gòu)硬件的信息，敬請(qǐng)參閱5V BiSS位置編碼器接口TI Designs參考設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指南。

現(xiàn)今的編碼器一般采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。當(dāng)把具有RS422或RS485物理層的BiSS數(shù)字編碼器連接到伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)，筆者建議使用以雙絞線作為芯線的屏蔽線纜。編碼器線纜通常具有六根或八根可用作信號(hào)線和電源線的芯線，如圖1所示。100米或超過(guò)100米的線纜長(zhǎng)度并不少見(jiàn)。

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圖1：BiSS-C點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

圖1展示了一種適用于位置或旋轉(zhuǎn)編碼器的典型BiSS配置。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置中，只有一個(gè)設(shè)備（具有一個(gè)或多個(gè)傳感器）被連接到主站。

MA時(shí)鐘頻率是可變的。推薦的MA時(shí)鐘頻率取決于線纜長(zhǎng)度，如圖1中粗略展示的。筆者使用應(yīng)用手冊(cè)《BiSS接口AN15：BiSS C主站運(yùn)行詳情》中的表1生成的本圖。

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圖2：推薦的BiSS MA時(shí)鐘頻率與線纜長(zhǎng)度

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當(dāng)為BiSS接口的推薦頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，10MHz的MA時(shí)鐘頻率將轉(zhuǎn)化為能支持20MBaud的RS422/485收發(fā)器。這些是最低要求。使用5V BiSS位置編碼器接口TI Designs參考設(shè)計(jì)進(jìn)行的測(cè)試表明，速度更快的收發(fā)器將允許您增加線纜長(zhǎng)度，同時(shí)仍使用該協(xié)議的最高頻率，因?yàn)樵撌瞻l(fā)器對(duì)線纜扭曲的噪聲敏感性不強(qiáng)。

適用于BiSS編碼器的電源通常需要支持表1所示的參數(shù)，不過(guò)您應(yīng)借助您的編碼器供應(yīng)商的產(chǎn)品說(shuō)明書來(lái)確認(rèn)這些數(shù)據(jù)。

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表1：編碼器電源通用規(guī)范

對(duì)于電源，您將需要考慮該編碼器可支持的電壓范圍以及您的線纜的電壓降有多大。一種選擇是使用能根據(jù)線纜長(zhǎng)度改變電壓的可編程電源。查看具有可編程輸出電壓和保護(hù)功能、適用于位置編碼器接口的電源TI Designs參考設(shè)計(jì)。

在本系列（討論的是編碼器接口）的下一篇文章中，筆者和自己的同事將提供關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)Endat2.2位置編碼器符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口的詳細(xì)信息。

其它資源

進(jìn)一步了解適合硬件接口的5V BiSS位置編碼器接口TI Designs參考設(shè)計(jì)。

如欲獲得適用于Sitara器件的BiSS主站軟件示例，敬請(qǐng)查看具有集成式BiSS C主站接口的ARM微處理器（MPU）TI Designs參考設(shè)計(jì)。