Single Pair con Power over Ethernet desde la perspectiva de la EMC
Adrian Stirn, Würth Elektronik
17/02/2026Una interfaz SPE de 10 Mbit/s con transmisión de energía integrada abre numerosas posibilidades de aplicación, por ejemplo para el funcionamiento de sensores a grandes distancias. Ante la creciente demanda de datos y energía en la automatización industrial, la industria del automóvil y las redes IoT, SPoE (Single-Pair with Power-over-Ethernet, también conocido como Single Pair Ethernet con Power over Data Lines - SPE PoDL) ofrece una solución compacta y eficaz. Permite la transmisión tanto de datos como de energía mediante un único par de hilos trenzados. Este artículo examina el comportamiento EMC del diseño de referencia SPoE RD041 de Würth Elektronik [1] y destaca las bajas emisiones y la elevada inmunidad a las interferencias continuas y transitorias.
Diseño de referencia SPoE y configuración de prueba
El diseño de referencia RD041 (véase imagen 1) es una interfaz Ethernet capaz de transmitir datos por un cable de dos hilos y suministrar simultáneamente energía eléctrica. Esta tecnología, conocida como ‘Single Pair Ethernet’ (SPE) con ‘Power over Data Lines’ (PoDL), combina la transmisión de datos y energía en un único sistema.
SPE permite la comunicación Ethernet a través de un único par de hilos y, por tanto, es ideal para aplicaciones que requieren ahorro de espacio y costes en la industria, el sector de la automoción y los dispositivos IoT. PoDL amplía la ya establecida alimentación a través de Ethernet (PoE) a SPoE y ofrece la opción de transmitir energía y datos a través de un único par de hilos trenzados: una solución que simplifica las instalaciones y reduce los costes.
Para las pruebas EMC, el diseño de referencia, compuesto por dos tarjetas (Powered Device - PD y Power Sourcing Equipment - PSE), funciona con una ruta de transmisión definida. Esta configuración se utiliza como prototipo para analizar el comportamiento en condiciones realistas.
La imagen 2 muestra el tramo de transmisión, completado con los equipos auxiliares necesarios, que aparecen en gris. Puede utilizarse un cable SPE apantallado o un cable de par trenzado no apantallado como medio de transmisión entre el dispositivo alimentado (PD) y el equipo de suministro de energía (PSE).
El portátil 1 se conecta al PD a través de una interfaz Ethernet apantallada de 10 Mbit/s y recibe su dirección IP a través del servidor DHCP del router WLAN. La conexión entre el PD y el PSE se establece a través de la interfaz SPoE, y la placa PSE suministra energía eléctrica al PD.
La placa PSE del diseño de referencia tiene una entrada de 24 V que suministra energía a todo el sistema SPoE. En el diseño de referencia, esta entrada está dimensionada para la conexión a una red local de corriente continua. La interfaz Ethernet de 10 Mbit/s de la placa PSE se conecta al router y, a continuación, al portátil 2 de análisis mediante un cable Ethernet apantallado. Ambos portátiles obtienen sus direcciones IP a través del servidor DHCP.
Por tanto, el diseño de referencia está listo para su uso y actúa como un adaptador que amplía una conexión a Internet de tipo Plug and Play a través de la ruta SPoE.
Software de prueba y criterios de rendimiento
El portátil 1 actúa como servidor y envía datos de prueba conocidos al portátil 2, que supervisa la transmisión mediante una aplicación de Windows. Esta aplicación analiza tanto la tasa de errores como la velocidad de transmisión. El software de monitorización ya se ha utilizado con éxito en las Notas de Aplicación de los diseños Gigabit Ethernet (ANP116 y ANP122) [2, 3].
Tal y como se muestra en la imagen 3, la tasa de transmisión media se sitúa justo por debajo de los 9 Mbit/s. En el caso de prueba seleccionado, los paquetes muestran un tiempo de transmisión significativamente menor en comparación con las pruebas en la interfaz Gigabit Ethernet. Durante las pruebas, la medición y la influencia pueden tener lugar en un segundo, lo que permite una ejecución eficaz.
Durante las pruebas de inmunidad, el rendimiento del diseño de referencia se evalúa con los criterios de la tabla 1.
| Magnitud de medición | Criterios de rendimiento | Criterios técnicos de evaluación |
| Tasa de datos | A | Más de 8 Mbit/s |
| B | Menos de 8 Mbit/s | |
| Tasa de error | A | 0 % |
| B | Aumento de la tasa de error o pérdida de comunicación con restablecimiento automático de la conexión. | |
| C | 100 % = comunicación interrumpida, no es posible el restablecimiento automático de la conexión. |
Al comprobar los criterios de rendimiento, los equipos auxiliares también tuvieron una influencia significativa en la capacidad de rendimiento del tramo de transmisión. Por ejemplo, la tasa de errores de transmisión aumentó cuando se utilizó una interfaz WLAN entre el router y el portátil 2 en lugar de un cable Ethernet apantallado.
Conexión del blindaje de la interfaz Ethernet
Como ya se explicó en la Nota de Aplicación ANP116 [2], los componentes mostrados en la imagen 4 son adecuados para la conexión del blindaje de la toma Ethernet al plano GND de la placa de circuito impreso:
- 2 × 10 nF X7R 1206 MLCC 100 V (n.º art. 885012208112)
- Varistor SMD (n.º art. 82551600)
La conexión del blindaje se utiliza tanto para la interfaz SPoE como para la interfaz Ethernet de 10 Mbit/s. El varistor no se muestra en la imagen 4; sin embargo, puede disponerse en paralelo al condensador en un lado. La interfaz USB disponible en las placas no se utiliza en los análisis de este artículo.
Emisión del diseño de referencia
Ahora se analizan las emisiones del diseño de referencia en las configuraciones descritas anteriormente. La interfaz USB no se utiliza para medir las emisiones de acuerdo con la norma CISPR 32; la comunicación se realiza exclusivamente a través de las interfaces Ethernet y SPoE.
Emisión de interferencias radiadas
El PD y el PSE funcionan y se prueban juntos para comprobar las emisiones radiadas. La longitud del cable en la interfaz SPoE es de 1 m durante la prueba de emisión y discurre horizontalmente en el campo entre las dos placas.
El PSE se alimenta con 24 V y filtros de paso desde una fuente de alimentación de laboratorio ubicada fuera de la cámara totalmente anecoica. El PSE y el PD se encuentran en la cámara, donde el PSE está conectado mediante una conexión Ethernet de 10 Mbit/s con un cable apantallado a un convertidor de fibra óptica Ethernet. Este dispositivo establece la conexión con el router y con el portátil 2 fuera de la sala de medición. El PD se conecta al portátil 1, situado en una caja blindada, mediante un cable Ethernet apantallado (véase la fig. 2).
Esta configuración garantiza que no se detecten interferencias procedentes del router o de los portátiles durante las mediciones de las emisiones. Como también se utiliza la misma configuración para la prueba de inmunidad a interferencias radiadas, los ordenadores portátiles y el router están protegidos simultáneamente contra las interferencias del campo eléctrico de esta prueba.
El espectro de interferencias del diseño de referencia, representado en la imagen 5 se encuentra al menos 9 dB por debajo del límite para ambos tipos de cable utilizados, y los resultados son comparables.
Tensión de interferencia radioeléctrica
El PSE y el PD pueden estar físicamente separados en la instalación final, por lo que se prueban por separado. La entrada DC del PSE se considera una posible entrada de red DC, mientras que el cable Ethernet de la interfaz Ethernet de 10 Mbit/s y la interfaz SPoE se consideran como líneas de red largas. Las emisiones de la entrada DC en el PSE se miden conforme a CISPR 16 utilizando una AMN (Artificial Mains Network) de 50 µH, mientras que las emisiones de los puertos de red se registran mediante CDN (Coupling Decoupling Networks) de 150 Ω, que actúan como AAN (Asymmetric Artificial Network). Las configuraciones de prueba para la medición de la tensión de interferencia radioeléctrica en el PSE y el PD están representadas en las imágenes 6 y 7.
Se emplea un CDN T2 para realizar las pruebas de la interfaz SPoE mediante cable de par trenzado sin apantallar. Para medir las interferencias en la interfaz SPoE apantallada se utiliza un CDN diseñado a medida para cables SPE apantallados. Las interferencias en el cable Ethernet apantallado se miden con un CDN para cables Cat5e apantallados. La terminación de la red y los CDN deben terminarse siempre con 50 Ω en la configuración de la prueba, ya sea mediante el receptor de medición o mediante una resistencia de 50 Ω.
La configuración de medición para la emisión de interferencias conducidas en la placa PSE del diseño de referencia SPoE se muestra en la imagen 8. Los resultados de la medición de la emisión de interferencias conducidas en la interfaz SPoE del PSE se muestran en la imagen 9: los resultados del detector de cuasi-cresta en la parte superior y los del detector de valor medio en la parte inferior. Encontrará resultados de medición más detallados de la prueba de emisión de interferencias conducidas en la Nota de Aplicación ANP141 [4].
El diseño de referencia SPoE se caracteriza por una emisión de interferencias radiadas y conducidas muy baja. A pesar de las placas de circuito abierto sin encapsulado apantallado, las emisiones están claramente por debajo de los límites de EMC para zonas residenciales. Incluso cuando se utiliza un cable de par trenzado sin apantallar, los resultados de la interfaz SPoE se mantienen claramente por debajo de los límites EMC en todas las mediciones. Por lo tanto, desde el punto de vista de la prueba de emisiones, no es necesario el apantallamiento de la interfaz SPoE.
Inmunidad a interferencias del diseño de referencia
El análisis detallado de la inmunidad a interferencias del diseño de referencia frente a interferencias continuas y transitorias, así como el comportamiento frente a ESD, excedería el alcance de este artículo. Por ello, se remite a la completa Nota de Aplicación ANP141 [4], en la que figura una descripción detallada de las configuraciones de prueba y los valores medidos.
Literatura
- [1] Zenkner, H.: Design eines Single-Pair-Ethernet-Systems mit Power over Data Lines (SPoE). Referenzdesign von Würth Elektronik RD041 (Diseño de un sistema Single Pair Ethernet con Power over Data Lines (SPoE). Diseño de referencia de Würth Elektronik RD041): www.we-online.de/RD041
- [2] Stirn, A.: Gigabit-Ethernet-Schnittstelle unter EMV-Gesichtspunkten. (La interfaz Gigabit Ethernet desde el punto de vista de la EMC.) Nota de Aplicación de Würth Elektronik ANP116: www.we-online.de/ANP116
- [3] Stirn, A.: Gigabit-PoE-Schnittstelle unter EMV-Gesichtspunkten. (La interfaz Gigabit PoE desde el punto de vista de la EMC.) Nota de Aplicación de Würth Elektronik ANP122: www.we-online.de/ANP122
- [4] Stirn, A.: Die SPoE-Schnittstelle unter EMV-Gesichtspunkten. (La interfaz SPoE desde el punto de vista de la EMC.) Nota de Aplicación de Würth Elektronik ANP141: www.we-online.de/ANP141
Autor
Adrian Stirn estudió ingeniería eléctrica en la Hochschule Heilbronn y posteriormente estableció el laboratorio interno de compatibilidad electromagnética (EMC) de Würth Elektronik en Waldenburg. Desde 2016, acompaña a los clientes en el proceso de desarrollo, ofreciendo soluciones para la corrección de problemas de EMC. También está especializado en la conformidad de productos en el Espacio Económico Europeo y en la protección de componentes sensibles a ESD.
