近年來(lái)國(guó)內(nèi)工業(yè)旋轉(zhuǎn)編碼器市場(chǎng)常常看到“SSI編碼器”，但卻存在兩種不同的“SSI”信號(hào)定義，以至于用戶(hù)常常搞錯(cuò)而走彎路，而事實(shí)上一類(lèi)是工業(yè)級(jí)編碼器的SSI信號(hào)接口，而另一類(lèi)卻是芯片級(jí)SPI信號(hào)的混淆。本文就此針對(duì)SPI信號(hào)與SSI信號(hào)的不同比較，以試圖澄清，避免編碼器用戶(hù)被誤導(dǎo)而再走彎路。

1．1. SPI信號(hào)

SPI接口的全稱(chēng)是“Serial Peripheral Interface”，意為串行外圍接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，以三線(xiàn)或四線(xiàn)的物理結(jié)構(gòu)，信號(hào)電壓對(duì)地，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來(lái)說(shuō)比I2C總線(xiàn)要快，速度可達(dá)到幾Mbps，SPI信號(hào)傳輸線(xiàn)少，電路簡(jiǎn)單，并可多個(gè)鏈?zhǔn)竭x通而節(jié)省接口資源。

雖然SPI有以上優(yōu)點(diǎn)，然而它一般只用電路板上的信號(hào)傳輸，在真正的產(chǎn)品信號(hào)傳輸中卻很少用到，原因主要是其抗干擾能力差。SPI采用的是單端非平衡的傳輸方式，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的電壓電平是以公共地作為參考的。在這種傳輸方式中，對(duì)于已進(jìn)入信號(hào)中的干擾是無(wú)法消除和減弱的。而信號(hào)在傳輸過(guò)程中總會(huì)受到干擾，而且距離越長(zhǎng)干擾越嚴(yán)重，以致于信號(hào)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤。在這種條件下，信號(hào)傳輸就變得毫無(wú)意義了。另外，由于單端非平衡傳輸方式以公共地作為參考點(diǎn)，地線(xiàn)作為信號(hào)回流線(xiàn)，因此也存在信號(hào)電流。當(dāng)傳輸線(xiàn)兩端的系統(tǒng)之間存在交流電位差時(shí)，這個(gè)電位差將直接竄到信號(hào)中，形成噪聲干擾。所以，為了解決抗干擾問(wèn)題，通常采用平衡傳輸（balanced transmission）方式，這里采用比較常見(jiàn)的RS-422。另外，SPI信號(hào)的硬件接口為單端非平衡性器件，信號(hào)地與電源0V共地，對(duì)于外界較大的感應(yīng)沖擊電壓的影響下，較易由地引入反向感應(yīng)電壓的沖擊而較易損壞硬件。作為工業(yè)用編碼器，須通過(guò)各種EMC（電磁兼容性）試驗(yàn)才能作為正式產(chǎn)品，但SPI的信號(hào)無(wú)法通過(guò)EMC，其抗干擾性差及器件易損壞而不適合工業(yè)級(jí)應(yīng)用，因此是不能用SPI作為工業(yè)級(jí)編碼器信號(hào)接口輸出的。

2。RS-422簡(jiǎn)介

RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱(chēng)是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，RS-422標(biāo)準(zhǔn)是RS-232的改進(jìn)型。它使用兩根線(xiàn)之間的電壓差來(lái)代表邏輯電平，通常稱(chēng)之為雙絞線(xiàn)。它是一種平衡傳輸，任何噪聲或干擾都會(huì)同時(shí)影響兩根雙絞線(xiàn)中的每一根，但對(duì)二者之間的差異影響很小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為共模抑制。所以RS-422可以在更遠(yuǎn)的距離上以更快的速度傳輸數(shù)據(jù)，其抗干擾能力遠(yuǎn)強(qiáng)于RS-232、SPI等非平衡傳輸方式。RS485信號(hào)是在RS422的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其對(duì)于差分電壓的范圍更大，差分特性更明顯，其最大傳輸距離約1200 m，最大傳輸速度可達(dá)10 Mb/s。但是由于線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)造成損耗，其傳輸速率會(huì)隨著距離的增加而下降。RS422與RS485信號(hào)為國(guó)際電工協(xié)會(huì)確認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行信號(hào)。

3． SSI信號(hào)

工業(yè)旋轉(zhuǎn)編碼器標(biāo)準(zhǔn)的同步串行信號(hào)Synchronous Serial Interface，由兩組RS422差分信號(hào)組成，一組由接收信號(hào)端控制器發(fā)送開(kāi)始——中斷的時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)編碼器設(shè)備返回另一組數(shù)據(jù)信號(hào)，每一個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)應(yīng)一位數(shù)據(jù)，在接收端控制器中“同步”讀取。

普遍認(rèn)同的通訊規(guī)約：設(shè)備在時(shí)鐘的第一個(gè)下降沿準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，在隨后的時(shí)鐘上升沿開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，MSB（最高有效位）開(kāi)始，連續(xù)發(fā)送至數(shù)據(jù)的LSB（最低有效位）后保持0（低）電平等待時(shí)鐘的穩(wěn)態(tài)，如果時(shí)鐘沒(méi)有給出穩(wěn)態(tài)電平，設(shè)備重新發(fā)送一遍數(shù)據(jù)。

串行輸出分同步與異步界面，同步就是發(fā)送指令與數(shù)據(jù)是同步的，這樣就是指令（時(shí)鐘）走一對(duì)電纜，數(shù)據(jù)走一對(duì)電纜SSI只是同步串行界面的簡(jiǎn)稱(chēng)，用于工業(yè)旋轉(zhuǎn)編碼器的接口，國(guó)際上并沒(méi)有規(guī)定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以德國(guó)海德漢、STEGMANN（現(xiàn)合并為SICK）為主的絕對(duì)值編碼器廠商使用的RS422的5V差分、中斷時(shí)鐘同步的SSI標(biāo)準(zhǔn)作為絕對(duì)值編碼器SSI輸出的主流，一些廠家與其相似，但仍然有細(xì)微的差別，國(guó)內(nèi)廠家往往不夠了解，以為SSI都是一樣的，等買(mǎi)來(lái)連接起來(lái)才發(fā)現(xiàn)不對(duì)，或者在家里連接的都好的，到了現(xiàn)場(chǎng)連接就不穩(wěn)定，或工作一段時(shí)間之后不穩(wěn)定（由于對(duì)其細(xì)小差別的不了解，或因現(xiàn)場(chǎng)因素、或一段時(shí)間之后器件的細(xì)小變化而產(chǎn)生了變化）。國(guó)外廠家出于商業(yè)目的，往往要求配置其推薦的后續(xù)設(shè)備，而對(duì)于自行選定或開(kāi)發(fā)的后續(xù)設(shè)備，除非有很大的量，一般是不確定支持的。國(guó)內(nèi)如自行開(kāi)發(fā)SSI信號(hào)傳感器或SSI接收設(shè)備，應(yīng)對(duì)各種SSI的細(xì)微差別充分的了解，如不了解，往往會(huì)在家連的好好的，到了現(xiàn)場(chǎng)就經(jīng)常不穩(wěn)定，此為在SSI信號(hào)的細(xì)節(jié)上沒(méi)有處理好。上海精浦提供的絕對(duì)值多圈SSI編碼器GMX425和GMS412就是參照德國(guó)海德漢、德國(guó)SICK編碼器的標(biāo)準(zhǔn)，與其完全兼容互換，并能連接如西門(mén)子PLC與科比變頻器等歐系設(shè)備的SSI接口。（上海精浦同樣可提供RS485信號(hào)接口的絕對(duì)值編碼器。）

同步串行信號(hào)的發(fā)展：SSI信號(hào)是最簡(jiǎn)單的串行信號(hào)，同時(shí)，其信號(hào)的可靠性就較低，需要在發(fā)送-接收做相應(yīng)的可靠性處理，隨著運(yùn)動(dòng)控制速度要求越來(lái)越高，或數(shù)據(jù)可靠性要求越來(lái)越高，但是“同步串行”信號(hào)真正的在更高速或干擾情況下，其實(shí)已經(jīng)不是“同步”了，為此同步串行信號(hào)增加了很多新的內(nèi)容，如海德漢的EnDat，STEGMANN的hiperface，以及歐洲一線(xiàn)編碼器聯(lián)盟的Biss，這些信號(hào)特點(diǎn)都是傳輸速度快，為避免傳輸速度快而產(chǎn)生的錯(cuò)碼概率，而增加了循環(huán)校驗(yàn)碼CRC，并可以讀取編碼器內(nèi)部的工作壽命、工作溫度、光學(xué)讀頭可靠性等信息，這類(lèi)編碼器目前都是連接其專(zhuān)用的接口，成本較高，主要在高速運(yùn)動(dòng)控制中使用。

RS422信號(hào)為國(guó)際電工協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)信號(hào)，SSI由2組RS422信號(hào)構(gòu)成物理結(jié)構(gòu)，其同樣符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為此，可作為工業(yè)級(jí)編碼器信號(hào)物理接口標(biāo)準(zhǔn)。

4． 芯片級(jí)SPI與工業(yè)級(jí)編碼器SSI的混淆

幾年前，國(guó)外某芯片廠家在國(guó)內(nèi)推廣其編碼器專(zhuān)用芯片時(shí)，國(guó)內(nèi)推廣人員錯(cuò)誤地將SPI信號(hào)與編碼器的標(biāo)準(zhǔn)的SSI信號(hào)混淆了（同為時(shí)鐘同步信號(hào)而造成誤解），并提供了時(shí)序圖以“SSI”來(lái)說(shuō)明，以至于國(guó)內(nèi)用戶(hù)對(duì)于芯片級(jí)SPI與工業(yè)級(jí)編碼器SSI的不同性的模糊認(rèn)知，事實(shí)上該芯片廠家已經(jīng)更正為SPI的說(shuō)明，但是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍然有將SPI繼續(xù)混淆為編碼器的SSI信號(hào)來(lái)推銷(xiāo)編碼器的情況，編碼器用戶(hù)在選購(gòu)“SSI”編碼器時(shí)，務(wù)必了解清楚其是否為工業(yè)級(jí)編碼器的“SSI”，還是芯片級(jí)的SPI信號(hào)，以避免走彎路。
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