SSI Encoders

同期シリアルインターフェイス
同期シリアルインターフェイス (SSI) は、マスター (コントローラなど) とスレーブ (センサーなど) 間の産業用アプリケーションで広く使用されているシリアルインターフェイス規格です。
クロックはマスター (コントローラ) によって駆動され、データラインはスレーブ (センサー) によって駆動されます。非動作時には、クロックとデータラインはハイです。位置値は、最上位ビット (MSB) から始まる制御システムのクロック信号に同期して送信されます。クロックシーケンスのクロック信号が初めてハイからローに変化するとすぐに (図 1 A)、センサーデータはフリーズ (ラッチ) され、送信中に変化しないようにします。クロック信号の次の立ち上がりエッジ (図 1 B) 遷移で、最上位ビット (MSB) から送信が開始されます。クロック信号の次の立ち上がりエッジ遷移ごとに、データラインの出力に次のビットが設定されます。最下位ビット (LSB) がシフトアウトされた後、クロック信号の最後の立ち上がりエッジ遷移 (図 1 C) によってデータラインがロー (送信終了) に切り替わります。

一時停止時間
クロックの最後の立ち下がりエッジの後、データラインは一定時間の間ローのままになります。この時間は転送タイムアウトと呼ばれます (以前の出版物ではモノフロップ時間とも呼ばれていました)。これは、スレーブがデータ転送が完了したことを認識するために必要な最小時間です。tm の後、データラインはアイドル状態になり (図 1 D)、スレーブはデータの更新を開始します。その時間内にクロック信号 (データ出力要求) が受信されると、同じデータが再度送信されます (多重送信を参照)。最小一時停止時間は 20 マイクロ秒で、最大一時停止時間には制限がありません。
図 1: SSI 送信

送信の中断
エンコーダーへのクロック信号の送信を停止することで、いつでも送信を中断できます。一時停止時間が経過すると、データ値が更新され、エンコーダーはデータを送信する準備が整います。これ以上の停止コマンドは必要ありません。また、間違ったコマンドなどを送信してインターフェイスを破損することもできません。

SSI 送信バイナリデータ表現
データ表現は、エンコーダー製造元によって標準化されていません。バイナリコードの最も一般的なデータ表現は、左揃えデータです。つまり、データは MSB から始まり、マルチターンエンコーダーの場合は最上位ビット (図 2 上部)、シングルターンエンコーダーの場合は最上位ビット (図 2 下部) になります。
図 2: SSI 送信データ表現バイナリコード
Mxx – マルチターンエンコーダー 25 ビットの回転データを表します
Sxx – シングルターンエンコーダー 13 ビットの角度データを表します

グレイコードデータ表現
エンコーダデータは、グレイコードで表現されることがあります。このコードでは、「Tannenbaum 形式」と呼ばれる表現が今でもよく使われています。この表現では、最初の 12 ビットがマルチターンデータ (回転) を表し、次の 13 ビットがシングルターンデータを表します。データは 13 Clk サイクルに中心が置かれています。例については (図 3) を参照してください。
図 3: SSI 送信データ表現グレイコード

SSI transmission Tannenbaum representati

マルチ送信 / リングシフト
データの整合性を確保するために、同一のデータを複数回送信し、受信した値を比較することができます。この手順は、マルチ送信またはリングシフトとも呼ばれます。マルチ送信を実現するシーケンスは、完全なデータワードを受信した後にクロック信号を送信し続けることです (図 4 A)。単一の「0」バイトの後、データは再び MSB から始まります。マルチ送信は、送信されたクロック信号を停止するだけで、シングル送信と同じ方法で終了します。注意: すべてのエンコーダモデルがマルチ送信機能をサポートしているわけではありません。
図 4: SSI マルチ送信

物理と配線
物理的な伝送は、EIA-422 (RS-422) 規格に従って実現されます。これにより、コンポーネントの可用性が確保され、産業環境でも信頼性の高い伝送が保証されます。利点は次のとおりです:

最大 1200 m (4000 フィート) の長い伝送距離
差動伝送によりノイズ耐性が向上
広い共通モード範囲により、マスターとスレーブ間の接地電位の差が許容されます

RS422 規格に準拠したツイストペアケーブルの使用をお勧めします。最大ボーレートはケーブルの長さによって異なりますが、次の値をガイドとして使用できます。

Cable Length in m (ft)	13 (42)	44 (144)	85 (278)	300 (984)	750 (2460)
Maximum Clock Rate	2 MHz	1 MHz	600 kHz	200 kHz	80 kHz

ヒントとコツ
13 ビットを超えるシングルターン解像度のエンコーダーを接続するには?
コントローラーは、多くの場合、13 ビットのシングルターン解像度に制限されています。より高いシングルターン解像度 (つまり 16 ビット) のエンコーダーを接続したい場合は、コントローラーを 25 ビットのマルチターンモードで使用し、コントローラーのスケーリング機能を使用してください。