BiSS 接口

介绍

BiSS 是一种用于传感器和执行器的开放数字接口。

该接口提供高速双向通信，使用简单硬件实现 (与工业标准 SSI 接口兼容)。 BiSS适用于实时数据采集，且具有安全功能，如：CRC 校验保护数据传输。

长期以来，位置编码器制造商仅依赖模拟信号或简单的数字增量信号传输来提供位置信息。 随着编码器技术的发展，新技术和更高集成度成为可能，使编码器能够生成高分辨率的绝对位置数据，并具有命令、寄存器通信等附加功能。 因此，有必要实行一种新的接口，使其特性适合这些高端设备。 SSI 是一种过时的行业标准，无法提供制造商所需的速度或附加功能。 一些制造商发布了自己的专属接口，这些接口仅限于他们自己的产品，彼此之间不兼容。

BiSS 接口由 iC-Haus 于 2002 年作为开放接口推出。 iC-Haus 旨在实现一种快速的双向传感器/执行器通信标准，并与现有的 SSI（Synchronous Serial Interface 同步串行接口）标准兼容。在过去的 20 多年里，BiSS 的采用率不断提高，目前已拥有超过 650 家授权设备制造商，其中包括：巴鲁夫（Balluff）、堡盟（Baumer）、丹纳赫（Danaher Motion）、库伯勒（Kübler）、亨士乐（Hengstler）、霍纳（Hohner）、倍加福（Pepperl+Fuchs）、雷尼绍（Renishaw）、施耐德电气（Schneider Electric）、安川电机（Yaskawa）、禹衡光学（Yuheng Optics）等行业领导者。

BiSS 特性与优势

BiSS 接口是一种专用的实时传感器和执行器接口，与通用现场总线不同。 BiSS 接口的主要特性如下：

• 开放 (Open source)
  与市场上许多专有接口不同，BiSS 是完全开放的。 这使得不同的制造商能够使用相同的接口来开发产品，从而提高了不同品牌之间的兼容性。 这不仅有利于制造商直接使用功能齐全、高质量的接口，也有利于消费者摆脱单一制造商的产品和价格垄断。
• 使用两个单向信号实现快速串行同步通信
  BiSS 是一种串行接口，可实现高速传输。 通常长距离线路使用标准 RS422 收发器，传输速率高达 10 MHz； 而短距离线路使用 LVDS 连接，传输速率高达 100 MHz。
• 双向
  BiSS 提供永久双向模式（连续工作，无需切换模式），BiSS-C 允许传感器和执行器在同一通道上仅使用两条附加线路进行通信。
• 线路延迟补偿
  工业应用要求即使在嘈杂环境中通过长距离电缆也能可靠地进行通信。 BiSS 接口非常适合此类应用，它提供线路延迟补偿，从而即使在长距离传输中也能实现高速传输。
• 安全功能
  BiSS 接口满足安全应用需求，提供从传感器到控制器的额外错误和报警信息，并为传输数据提供高达 16 位 CRC 校验保护。
• 总线功能
  某些应用需要同步采集多个传感器的数据，例如：多轴运动控制。 BiSS 接口提供总线功能，通过将所有传感器串联到控制器的单个数据通道，显著降低了控制器的复杂性。
• 设备说明
  BiSS 接口提供设备的电子标识，实现轻松的即插即用（Plug-and-Play）连接。 通过使用 EDS（电子数据表，信息存在传感器内存）、XML 文件或标准 BiSS Profile 中的标准说明数据，控制器可以直接加载设备的所有参数，并根据所连接的设备调整自身的设置。 获得 BiSS 授权的制造商将获得唯一的制造商 ID，从而能够在市场上识别自己的产品。

BiSS 协议帧结构如下图所示：

   在 BiSS 通信中，采集数据的控制器（控制操作）称为 BiSS Master（主机），而提供数据的传感器称为 BiSS Slave（从机）。执行器也被视为从 BiSS Master 接收数据的 BiSS Slave。

BiSS 实现

BiSS 通信系统的实现非常简单，对硬件要求低。

由于 BiSS Slave 对资源的要求较低，通常所有逻辑电路都集成在传感器芯片内部。 BiSS Slave 逻辑大约需要 1,000 逻辑门，因此可以集成到传感器芯片内部，从而去除了电路板上处理协议数据所需的额外空间，而这在通用现场总线接口中是常见的。

BiSS Master 可以根据制造商的需求及专业知识，通过不同的解决方案实现：

• BiSS Master 芯片
  iC-Haus 提供 iC-MB4 集成电路，包含 BiSS 协议的完整功能。 该芯片可通过单片机的并行或串行接口进行控制。
• 基于 FPGA 的 BiSS Master
  iC-Haus 也提供包含 BiSS Master 功能的 VHDL IP 核，这 IP 核可集成到制造商的 FPGA 或 CPLD 硬件中。
• 基于单片机的 BiSS Master
  BiSS Master 可使用 DSP/单片机/CPU实现。

为简化 BiSS 接口的实现和测试，我们提供多种工具，包括：BiSS 转 USB 适配器（带读取 BiSS 数据软件）、具有BiSS 协议解释功能的逻辑分析仪、VHDL 仿真模块等。

BiSS Safety

BiSS Safety 遵循全数字化通信和具有功能安全的行业趋势。 现在，BiSS Safety 和 BiSS 接口可以完全覆盖最高可达 SIL3 的安全关键型应用。 BiSS Safety 使用 BiSS 总线结构中 BiSS 协议特有的功能以及 CRC 循环冗余校验，实现安全的“黑色通道”传输。

“BiSS Safety” 安全通信级别已获得德国 TÜV Rheinland 认证，并遵循 DIN EN 61784-3:2011 中规定的要求，可用于符合 IEC61508:2010 标准的高达 SIL3 的安全应用。

BiSS Safety 标准与 BiSS-C 100% 兼容：物理层、传输介质和通信协议均无需修改现有的 BiSS-C 系统。 从机（编码器）必须生成并传输两个位置字（CPW：控制位置字和 SPW：安全位置字），主机必须对它们进行相互校验，以验证数据的有效性。此外，还必须发送更长的 CRC 数据和生命迹象计数器值，以增强错误检测能力，从而达到安全兼容系统所需的错误检测水平。

BiSS Line

BiSS Line 顺应了全数字化通信、功能安全功能、及通过单根电缆实现电机供电的工业趋势。 此外，BiSS Line 还具备 BiSS-C 的所有特定功能。数据传输基于工业标准 RS-485，并采用前向纠错 (FEC) 技术，防止电机线路耦合到数据线路的干扰。

市场上已有单电缆解决方案，但均为专有技术，因此无法被相关方采用。 BiSS Line 是一个开放标准，可以采用 2 线配置（数据传输与电力传输相结合）或 4 线配置（单独电力传输）实现。连接技术以及合适的电缆均已面市。

申请 BiSS 协会会员

BiSS 接口由 iC-Haus GmbH 开发，该公司拥有该协议的专利。 虽然 BiSS C 的工艺和设计已由 iC-Haus GmbH 申请专利，但它们仍然免费提供给所有 BiSS 设备制造商使用。感兴趣的制造商可以申请成为 BiSS 协会会员，从而获得免费的 IP 核源代码，并免费使用 BiSS logo 和商标。
有关 BiSS 协议许可的更多信息，请参阅本页末尾的链接。

  认证

随着 BiSS 设备的全球分布，确保不同 BiSS 设备之间兼容性的需求日益增长。 成功认证必须具备一系列特性和功能。 我们通过我们其中的一个会员提供认证服务。

测试成功后，设备被授予 BiSS certified。 我们会向设备制造商提供一份包含测试详细情况和图表的报告文件，该文件将以保密方式提供，用于记录认证流程、指出差异并支持改进。 证书列出了认证过程中已验证和批准的所有特性和功能，包括数据通道和时序参数。 证书概述了 BiSS Master 实现正常通信所需的所有相关 BiSS 参数。