SSI Encoders

Interface série synchrone

Interface Sérielle Synchrone (SSI) est une norme d’interface série très utilisée dans les applications industrielles entre un maître (par ex. contrôleur) et un esclave (par ex. capteur).
Le maître génère l’horloge (CLK), tandis que l’esclave pilote la ligne de données (DATA). En mode inactif, les deux lignes sont au niveau haut.
La valeur de position est transmise de manière synchrone avec le signal d’horloge du système de contrôle, en commençant par le bit de poids fort (MSB). Lors du premier front descendant de l’horloge (Figure 1 A), les données du capteur sont figées (verrouillées) pour préserver leur cohérence.
À la montée suivante (Figure 1 B), la transmission démarre avec le MSB, puis chaque front montant successif envoie le bit suivant. Après le bit de poids faible (LSB), le dernier front montant (Figure 1 C) met la ligne de données à l’état bas, indiquant la fin de la transmission.

Temps de pause

Après le dernier front descendant de l’horloge, la ligne de données reste à l’état bas pendant un certain temps, appelé délai de transfert (également connu sous le nom de temps monoflop dans les anciennes publications).
Il s’agit du temps minimum nécessaire à l’esclave pour reconnaître que la transmission des données est terminée.
Après tm, la ligne de données passe en état inactif (Figure 1 D) et l’esclave commence à mettre à jour ses données.
Si un signal d’horloge (demande de sortie de données) est reçu pendant ce temps, les mêmes données seront retransmises (voir transmissions multiples).
Le temps de pause minimal est de 20 µs ; il n’y a pas de limite maximale.

Figure 1 : Transmission SSI

Interruption de la transmission
La transmission peut être interrompue à tout moment en cessant simplement d’envoyer des impulsions d’horloge à l’encodeur. Après expiration du temps de pause, la valeur des données est mise à jour et l’encodeur est prêt à émettre à nouveau. Aucune commande d’arrêt supplémentaire n’est nécessaire, et il n’est pas possible de corrompre l’interface en envoyant des commandes incorrectes.

Représentation binaire de la transmission SSI

La représentation des données n’est pas standardisée entre les fabricants d’encodeurs. La forme la plus courante est une représentation binaire alignée à gauche. Cela signifie que les données commencent par le bit de poids fort (MSB), qui est le bit le plus significatif pour un codeur multitour (Figure 2 en haut) ou pour un codeur monotour (Figure 2 en bas).

Figure 2 : Représentation binaire des données de transmission SSI
Mxx – Représente les données de révolution pour un encodeur multitour (25 bits)
Sxx – Représente les données angulaires pour un encodeur monotour (13 bits)

Représentation des données en code Gray

Les données de l’encodeur sont parfois représentées en code Gray. Dans ce codage, un format appelé « format Tannenbaum » reste encore assez courant. Dans cette représentation, les 12 premiers bits correspondent aux données multitour (révolutions), les 13 bits suivants représentent les données monotour. Les données sont centrées sur le cycle de 13 impulsions d’horloge. Un exemple est illustré à la figure 3.

Figure 3 : Représentation des données de transmission SSI – Code Gray

Multitransmission / Décalage en anneau

Pour garantir l’intégrité des données, il est possible de transmettre plusieurs fois la même donnée et de comparer les valeurs reçues. Cette procédure est souvent appelée transmission multiple ou décalage en anneau. La séquence pour obtenir une multitransmission consiste à continuer à envoyer des signaux d’horloge après avoir reçu le mot de données complet (Figure 4 A). Après un seul octet « 0 », les données recommencent avec le bit de poids fort (MSB). La transmission multiple se termine de la même manière qu’une transmission simple, en arrêtant simplement l’envoi des impulsions d’horloge. Attention : tous les modèles d’encodeurs ne prennent pas en charge cette fonctionnalité.

Figure 4 : Transmission multiple SSI

Transmission physique et câblage

La transmission physique est réalisée conformément à la norme EIA-422 (RS-422), ce qui garantit la disponibilité des composants et assure une transmission fiable même dans des environnements industriels. Les avantages sont :

• 

  Longues distances de transmission jusqu’à 1200 m (4000 pieds)

• 

  Transmission différentielle augmentant l’immunité au bruit

• 

  Large plage de mode commun permettant des différences de potentiel de masse entre le maître et l’esclave

Il est recommandé d’utiliser des câbles torsadés conformes à la norme RS-422. Le débit binaire maximal dépend de la longueur du câble. À titre indicatif, les valeurs suivantes peuvent être utilisées :

Astuces et conseils

Comment connecter des encodeurs avec une résolution monotour supérieure à 13 bits ?

Les contrôleurs sont souvent limités à une résolution monotour de 13 bits. Si l’on souhaite connecter des encodeurs avec une résolution monotour plus élevée (par exemple 16 bits), on peut essayer d’utiliser le contrôleur en mode multitour 25 bits et tirer parti de la fonction d’échelle (scaling) du contrôleur.