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NOVEMBRE 2023 FIELDBUS & NETWORKS 48 I collegamenti Single Pair Ethernet (SPE) si basano su un principio sem- plice ma efficace: invece di utilizzare le 4 coppie di fili dei cavi in rame previsti nei cablaggi delle reti Ethernet tradizionali, la soluzione SPE prevede di utilizzare una sola coppia di fili per trasmettere dati. Non solo, la stessa coppia di fili, volendo, può essere utilizzata anche per alimentare a distanza le apparecchiature collegate. In sostanza, con un solo doppino si ottiene un collegamento digitale ad alta velocità e un mezzo per erogare un’alimentazione fino a 60 W. Ciò riduce notevolmente il numero di fili necessari e il peso dei cavi per cablare un impianto, sem- plificando notevolmente le installazioni. Inoltre, tutti gli altri protocolli a livello superiore utilizzati dalle reti Ethernet sono pienamente supportati, per cui i collegamenti SPE si integrano perfettamente con tutte le infra- strutture di comunicazione informatiche e industriali standard. Standard e tecniche di trasmissione Le due diverse specifiche principali a livello fisico per i collegamenti SPE sono gli standard Ieee 1000Base-T1 (Ieee 802.3.bp) e 100Base-T1 (Ieee 802.3.bw ), originariamente sviluppati per rispondere prevalentemente alle esigenze del mercato automobilistico, che definiscono una velocità di tra- smissione massima dei dati, rispettivamente, di 1 Gbps e 100 Mbps. Altret- tando importante per le applicazioni industriali è anche un diverso standard per i collegamenti Ethernet su una sola coppia, 10Base-T1L (Ieee 802.3.cg ), che permette di trasmettere fino a 10 Mbps a una distanza fino a 1.000 m, ovvero 10 volte tanto rispetto alle connessione Ethernet tradizionali. In tutti gli standard accumunati dall’acronimo SPE, il collegamento a livello fisico avviene su una sola coppia di cavi inmodalità full-duplex (si veda figura 1), a differenza degli originari standard Ethernet su doppino a 10 Mb/s e 100 Mb/s (10Base-T e 100Base-TX), in cui il segnale viaggia su 2 coppie di cavi in direzioni diverse, e dallo standard Ethernet su doppino a 1 Gb/s (1000Base- T), in cui la trasmissione avviene in modalità full-duplex ma ripartendola su 4 flussi da 250 Mb/s ciascuno, trasmessi in parallelo su 4 doppini diversi. La trasmissione contemporanea delle informazioni in direzioni opposte su un solo cavo in modalità full-duplex richiede circuiti di ricetrasmissione più complessi e la separazione dei flussi alle due estremità tramite il classico metodo della ‘forchetta telefonica’, o trasformatore ibrido (si veda figura 2). Il segnale viene poi trasmesso non utilizzando la classica modulazione digitale NRZ (Non Return to Zero), come nelle originali versioni dello standard Ethernet, bensì con una modulazione d’impulso a tre livelli (PAM3). In sostanza, con la modulazione PAM3 il segnale trasmesso può assumere uno di tre livelli (si veda figura 3), anziché uno di due, per cui il ricevitore deve discriminare tra due livelli di soglia, anziché uno solo. Tutorial Stefano Cazzani CONNESSIONI SPE LE TRADIZIONALI CONNESSIONI ETHERNET CABLATE RICHIEDONO CAVI CON 4 COPPIE DI FILI, MENTRE UNA NUOVA TECNOLOGIA, CONOSCIUTA COME SINGLE PAIR ETHERNET (SPE), PERMETTE DI TRASMETTERE DATI E ALIMENTARE LE APPARECCHIATURE MEDIANTE UNA SOLA COPPIA DI CAVI IN RAME Fonte: foto Shutterstock Fieldbus & Networks Fig.1 - Negli standard Ethernet 10Base-T e 100Base-TX (in alto) la trasmissione avviene su una coppia per direzione; nello standard 1000Base-T (al centro) avviene su 4 coppie in parallelo in modo bidirezionale; nello standard SPE (in basso) la trasmissione è bidirezionale su una sola coppia Fonte: foto Reichle & De-Massari