BiSS，这一开源的双向串行/同步编码器接口

开源 BiSS 接口（Bidirectional interface for Serial / Synchronous双向/串行/同步）协议实现实时接口。BiSS 在控制器、传感器和执行器之间实现数字、串行和安全通信。

BiSS 协议在工业应用（如电机反馈、机器人技术）中用于较低的传感器/执行器通信级别，这些应用需要高速数据传输速率、安全性能、灵活性和最小化的实现努力。除了其技术优势，两个条件已经确立了当前的全球标准：BiSS 应用程序的免费许可证和协议自引入以来的稳定性和连续性。

BiSS 遵循工业趋势，采用全数字通信并增加功能能力。它支持点对点拓扑结构，硬件兼容工业标准 SSI（串行同步接口），并提供高级功能。

两个单向线路（时钟和数据）可以实现：

• 循环高速数据传输（使用 RS422 最高可达 10MHz）
• 长传输线上的线延迟补偿以实现高速数据传输
• 考虑传感器处理时间以生成数据
• 安全功能: 循环冗余校验（CRC）、错误、警告
• 多个传感器在一个从设备中的级联连接
• 与从属设备注册通信，例如用于传感器配置和校准

BiSS 系统结构

一个典型的 BiSS 系统设置包括一个 BiSS 主设备（例如驱动器/PLC）和一个 BiSS 从设备（例如编码器/传感器），如下图所示。位置数据通过一根电缆从右侧的 BiSS 从设备发送到左侧的 BiSS 主设备。除了电源线外，还使用了两根用于差分时钟信号传输的线路（从 BiSS 主设备到从设备）和两根用于差分数据传输的线路（从 BiSS 从设备到主设备），以实现与 RS422 兼容的稳健且安全的通信。

BiSS 有两种模式：传感器模式和寄存器模式。在传感器模式下，传感器或编码器的通信方式类似于 SSI。主设备开始发送一串时钟脉冲。最终，数据线电平会下降到低电平，数据采样将开始。数据可以在 10MHz 的速度下接收和采样。

由于传输速度，许多驱动器可能不需要额外的模拟增量输出来控制电机速度。由于 SSI 的最大传输速率为 1.5MHz，而 BiSS 编码器为 10MHz，因此传播和计算延迟小于一个完整的脉冲宽度。这就是 BiSS 能够与 SSI 在硬件上兼容的原因。仅需在软件中更改数据长度和框架即可。

BiSS 框架和特性

Latch point

所有从设备在菊花链中同时捕获传感器数据。

Line delay compensation 线延迟补偿

BiSS 主站会在每一帧中测量并补偿总线延迟。总线延迟从第二个上升沿时钟（MA）到下降的数据线沿（SL）进行测量，并考虑了老化和温度的影响。

Slave processing time 从属设备处理时间

在点对点拓扑中，从站会在需要时间准备并提供其传感器数据时延迟起始位。

Data channel 数据通道

传感器和执行器数据作为数据通道的一部分进行传输。每个数据通道由其通信参数定义，例如传输方向（传感器或执行器数据）、数据长度（0...64 位）以及 CRC 多项式。BiSS 主设备会相应配置以确保通信正确。

Control communication 控制通信

BiSS 通过其单向时钟线（MA）和数据线（SL）实现双向控制通信。在每个帧中，主设备向从设备发送一个控制数据位（CDM），从设备相应地进行响应（CDS）。这种带内协议可以在不中断传感器数据传输的情况下对从设备进行寄存器访问。例如，它可以用于读取传感器的电子数据表、温度寄存器或传感器校准。

Timeout 超时

每个 BiSS 帧在帧末以从属设备的超时（在帧结束处拉伸 0）终止。超时要么是一个恒定的周期（通常约为 20μs），要么取决于应用到 MA 上的时钟频率（自适应超时）。使用自适应超时，超时周期在高频率时会减少。

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BiSS 通信配置文件

标准化的通信配置文件为不同的应用定义了标准，例如，旋转编码器如下图 所示传输角度位置字。位置字可能包含完整的机械转数（MT：多圈信息）和一个机械转数内的角度信息（ST：单圈信息）。位置字的有效性可以通过错误（nE）和警告位（nW）通知 BiSS 主控。位置、错误和警告位通过标准 6 位 CRC 进行传输错误保护。

BiSS 设备识别

控制通信使 BiSS 主设备能够访问从设备的内存。通常，传感器/执行器制造商会在从设备的非易失性内存（例如 EEPROM）中存储特定产品数据，例如制造商 ID、设备 ID、序列号和标准化的电子数据表（EDS）。

EDS 包含所有必要的参数，以便成功建立 BiSS 主设备和从设备之间的通信，并且还提供了特定的应用参数。在上电后，BiSS 主设备可以自动读取 EDS 并相应地进行配置。

BiSS 编码器模式选项

• BiSS-BBiSS-B：BiSS-B 编码器有两种不同的模式，位置数据模式和寄存器模式。启动时，驱动器会指示编码器发送位置数据或切换到寄存器模式。此外，设备制造商还可以配置自定义参数，除了位置数据外。
• BiSS-C
• BiSS-C：也称为 BiSS 连续模式，BiSS-C 编码器只有一种模式，并将非时间关键数据分成几部分发送到控制器。这使得非时间关键数据可以在不进入单独模式的情况下读取。代价是 BiSS-C 的启动时间比 BiSS-B 稍长。

需要注意的是，BiSS-B 和 BiSS-C 彼此不兼容，在更换现有 BiSS 编码器时应予以注意。

• BiSS encoder output with Sin-Cos 1VppBiSS 编码器输出正弦-余弦 1Vpp：BiSS 编码器还可以提供 1V p-to-p 正弦-余弦输出以进行实时控制，因为许多控制环路无法及时获得所需的绝对编码器数据。

最后，更完整的技术内容请参考下方来源BiSS官网的PDF文档，共38页：

具体的下载链接如下：

参考链接：

1. https://www.encoder.com/biss-encoders
2. https://biss-interface.com/news/38659/
3. https://www.dynapar.com/knowledge/encoder-basics/encoder-interface-protocols/biss-encoders/