BiSS 介面

介紹

BiSS 是一種用於感測器和執行器的開放數字介面。

該介面提供高速雙向通信，使用簡單硬體實現 (與工業標準 SSI 介面相容)。 BiSS適用於即時數據採集，且具有安全功能，如：CRC 校驗保護數據傳輸。

長期以來，位置編碼器製造商僅依賴模擬信號或簡單的數字增量信號傳輸來提供位置資訊。 隨著編碼器技術的發展，新技術和更高集成度成為可能，使編碼器能夠生成高解析度的絕對位置數據，並具有命令、寄存器通信等附加功能。 因此，有必要實行一種新的介面，使其特性適合這些高端設備。 SSI 是一種過時的行業標準，無法提供製造商所需的速度或附加功能。 一些製造商發佈了自己的專屬介面，這些介面僅限於他們自己的產品，彼此之間不相容。

BiSS 介面由 iC-Haus 於 2002 年作為開放介面推出。 iC-Haus 旨在實現一種快速的雙向感測器/執行器通信標準，並與現有的 SSI（Synchronous Serial Interface 同步串行介面）標準相容。在過去的 20 多年裏，BiSS 的採用率不斷提高，目前已擁有超過 650 家授權設備製造商，其中包括：巴魯夫（Balluff）、堡盟（Baumer）、丹納赫（Danaher Motion）、庫伯勒（Kübler）、亨士樂（Hengstler）、霍納（Hohner）、倍加福（Pepperl+Fuchs）、雷尼紹（Renishaw）、施耐德電氣（Schneider Electric）、安川電機（Yaskawa）、禹衡光學（Yuheng Optics）等行業領導者。

BiSS 特性與優勢

BiSS 介面是一種專用的即時感測器和執行器介面，與通用現場匯流排不同。 BiSS 介面的主要特性如下：

• 開放 (Open source)
  與市場上許多專有介面不同，BiSS 是完全開放的。 這使得不同的製造商能夠使用相同的介面來開發產品，從而提高了不同品牌之間的相容性。 這不僅有利於製造商直接使用功能齊全、高質量的介面，也有利於消費者擺脫單一製造商的產品和價格壟斷。
• 使用兩個單向信號實現快速串行同步通信
  BiSS 是一種串行介面，可實現高速傳輸。 通常長距離線路使用標準 RS422 收發器，傳輸速率高達 10 MHz； 而短距離線路使用 LVDS 連接，傳輸速率高達 100 MHz。
• 雙向
  BiSS 提供永久雙向模式（連續工作，無需切換模式），BiSS-C 允許感測器和執行器在同一通道上僅使用兩條附加線路進行通信。
• 線路延遲補償
  工業應用要求即使在嘈雜環境中通過長距離電纜也能可靠地進行通信。 BiSS 介面非常適合此類應用，它提供線路延遲補償，從而即使在長距離傳輸中也能實現高速傳輸。
• 安全功能
  BiSS 介面滿足安全應用需求，提供從感測器到控制器的額外錯誤和報警資訊，並為傳輸數據提供高達 16 位 CRC 校驗保護。
• 匯流排功能
  某些應用需要同步採集多個感測器的數據，例如：多軸運動控制。 BiSS 介面提供匯流排功能，通過將所有感測器串聯到控制器的單個數據通道，顯著降低了控制器的複雜性。
• 設備說明
  BiSS 介面提供設備的電子標識，實現輕鬆的即插即用（Plug-and-Play）連接。 通過使用 EDS（電子數據表，資訊存在感測器記憶體）、XML 檔或標準 BiSS Profile 中的標準說明數據，控制器可以直接加載設備的所有參數，並根據所連接的設備調整自身的設置。 獲得 BiSS 授權的製造商將獲得唯一的製造商 ID，從而能夠在市場上識別自己的產品。

BiSS 協議幀結構如下圖所示：

   在 BiSS 通信中，採集數據的控制器（控制操作）稱為 BiSS Master（主機），而提供數據的感測器稱為 BiSS Slave（從機）。執行器也被視為從 BiSS Master 接收數據的 BiSS Slave。

BiSS 實現

BiSS 通信系統的實現非常簡單，對硬體要求低。

由於 BiSS Slave 對資源的要求較低，通常所有邏輯電路都集成在感測器晶片內部。 BiSS Slave 邏輯大約需要 1,000 邏輯門，因此可以集成到感測器晶片內部，從而去除了電路板上處理協議數據所需的額外空間，而這在通用現場匯流排介面中是常見的。

BiSS Master 可以根據製造商的需求及專業知識，通過不同的解決方案實現：

• BiSS Master 晶片
  iC-Haus 提供 iC-MB4 積體電路，包含 BiSS 協議的完整功能。 該晶片可通過單片機的並行或串行介面進行控制。
• 基於 FPGA 的 BiSS Master
  iC-Haus 也提供包含 BiSS Master 功能的 VHDL IP 核，這 IP 核可集成到製造商的 FPGA 或 CPLD 硬體中。
• 基於單片機的 BiSS Master
  BiSS Master 可使用 DSP/單片機/CPU實現。

為簡化 BiSS 介面的實現和測試，我們提供多種工具，包括：BiSS 轉 USB 適配器（帶讀取 BiSS 數據軟體）、具有BiSS 協議解釋功能的邏輯分析儀、VHDL 仿真模組等。

BiSS Safety

BiSS Safety 遵循全數字化通信和具有功能安全的行業趨勢。 現在，BiSS Safety 和 BiSS 介面可以完全覆蓋最高可達 SIL3 的安全關鍵型應用。 BiSS Safety 使用 BiSS 匯流排結構中 BiSS 協議特有的功能以及 CRC 迴圈冗餘校驗，實現安全的“黑色通道”傳輸。

“BiSS Safety” 安全通信級別已獲得德國 TÜV Rheinland 認證，並遵循 DIN EN 61784-3:2011 中規定的要求，可用於符合 IEC61508:2010 標準的高達 SIL3 的安全應用。

BiSS Safety 標準與 BiSS-C 100% 相容：物理層、傳輸介質和通信協議均無需修改現有的 BiSS-C 系統。 從機（編碼器）必須生成並傳輸兩個位置字（CPW：控制位置字和 SPW：安全位置字），主機必須對它們進行相互校驗，以驗證數據的有效性。此外，還必須發送更長的 CRC 數據和生命跡象計數器值，以增強錯誤檢測能力，從而達到安全相容系統所需的錯誤檢測水準。

BiSS Line

BiSS Line 順應了全數字化通信、功能安全功能、及通過單根電纜實現電機供電的工業趨勢。 此外，BiSS Line 還具備 BiSS-C 的所有特定功能。數據傳輸基於工業標準 RS-485，並採用前向糾錯 (FEC) 技術，防止電機線路耦合到數據線路的干擾。

市場上已有單電纜解決方案，但均為專有技術，因此無法被相關方採用。 BiSS Line 是一個開放標準，可以採用 2 線配置（數據傳輸與電力傳輸相結合）或 4 線配置（單獨電力傳輸）實現。連接技術以及合適的電纜均已面市。

申請 BiSS 協會會員

BiSS 介面由 iC-Haus GmbH 開發，該公司擁有該協議的專利。 雖然 BiSS C 的工藝和設計已由 iC-Haus GmbH 申請專利，但它們仍然免費提供給所有 BiSS 設備製造商使用。感興趣的製造商可以申請成為 BiSS 協會會員，從而獲得免費的 IP 核源代碼，並免費使用 BiSS logo 和商標。
有關 BiSS 協議許可的更多資訊，請參閱本頁末尾的鏈接。

  認證

隨著 BiSS 設備的全球分佈，確保不同 BiSS 設備之間相容性的需求日益增長。 成功認證必須具備一系列特性和功能。 我們通過我們其中的一個會員提供認證服務。

測試成功後，設備被授予 BiSS certified。 我們會向設備製造商提供一份包含測試詳細情況和圖表的報告檔，該檔將以保密方式提供，用於記錄認證流程、指出差異並支持改進。 證書列出了認證過程中已驗證和批准的所有特性和功能，包括數據通道和時序參數。 證書概述了 BiSS Master 實現正常通信所需的所有相關 BiSS 參數。