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단일 페어 이더넷(SPE)이란? 산업 연결의 새로운 표준

산업 자동화, 스마트 팩토리, 사물인터넷(IIoT)이 확산되면서, 장비 간의 데이터 통신 방식도 빠르게 진화하고 있습니다. 이 가운데 주목받는 기술 중 하나가 바로 싱글 페어 이더넷(Single Pair Ethernet, SPE)입니다.
SPE는 기존 이더넷 기술을 간소화한 형태로, 하나의 케이블 쌍으로 데이터를 빠르고 안정적으로 전송할 수 있는 신개념 이더넷 방식입니다.

기존 이더넷과 무엇이 다를까?

기존의 표준 이더넷(Ethernet)은 주로 4쌍(총 8가닥)의 구리선을 사용하여 데이터를 전송합니다. 이는 속도와 대역폭 측면에서는 뛰어나지만, 다음과 같은 단점이 있었습니다:

케이블이 두껍고 무겁다

설치와 배선이 복잡하다

공간이 제한적인 환경에서는 부적합하다

짧은 거리 위주의 설계 (보통 수십~100m 내외)

SPE는 단 1쌍(2가닥)의 선만으로도 이러한 문제들을 해결합니다.
적은 선으로도 빠른 속도(최대 1Gbps)를 낼 수 있으며, 최대 1000m 거리까지 통신이 가능하다는 점이 큰 장점입니다.

SPE의 핵심 특징

1. 단순한 배선 구조

단일 선 쌍만 사용하기 때문에, 케이블이 가볍고 설치가 쉽습니다. 이는 특히 산업용 로봇, 센서, 협소한 기기 내부에서 매우 유리합니다.

2. 데이터 + 전력 동시 전송

PoDL(Power over Data Line) 기술을 통해 전원선 없이도 전력을 공급할 수 있습니다. 마치 PoE(Ethernet over Power)처럼, 한 선으로 모든 것을 해결할 수 있는 구조입니다.

3. 긴 거리 전송

기존 이더넷이 100m 내외에 그친 것과 달리, SPE는 최대 1000미터까지 안정적인 연결을 제공합니다. 공장 전체, 건물 전체를 하나의 SPE 기반 네트워크로 구성할 수 있습니다.

4. 국제 표준화 기반

SPE는 IEEE에서 공식 표준으로 인정받은 기술입니다.

IEEE 802.3cg (10BASE-T1L) – 저속, 장거리

IEEE 802.3bw (100BASE-T1) – 중속

IEEE 802.3bp (1000BASE-T1) – 고속

이러한 표준 기반 덕분에 장비 제조사 간 호환성 확보가 가능합니다.

SPE 케이블 및 커넥터 기술 혁신 – 산업 연결의 신뢰성과 확장성 확보

SPE(Single Pair Ethernet)는 단순히 데이터와 전력을 하나의 선로로 통합하는 네트워크 기술을 넘어서, 물리적 하드웨어의 진화로도 이어지고 있습니다. 산업 현장에서는 안정성, 내구성, 사용 편의성이 무엇보다 중요한 만큼, SPE용 케이블과 커넥터의 표준화 및 기술 혁신이 함께 이뤄지고 있습니다.

국제 표준화: IEC 63171 시리즈

SPE 커넥터는 **국제전기기술위원회(IEC)**의 표준을 따르며, 주요한 두 가지 규격이 특히 주목받고 있습니다:

IEC 63171-6
→ 사무실과 산업 환경 모두에서 사용 가능한 범용 SPE 커넥터에 대한 표준입니다. 공간 효율성과 유연한 적용이 가능한 구조로 설계되어, 다양한 장비에 적용 가능합니다.

IEC 63171-7
→ 산업 환경 전용 SPE 커넥터에 특화된 표준입니다. 강한 방진·방수 성능, 높은 내구성을 요구하는 환경을 고려해 설계되었으며, 공장 자동화 및 제조 설비에 적합합니다.

이 표준들은 호환성, 품질, 안전성 확보를 위한 기반이 되며, SPE 기술의 산업 적용 확대에 중요한 역할을 합니다.

산업용 커넥터 혁신: M8 & M12

산업 자동화 환경에 최적화된 SPE용 커넥터로는 M8과 M12 형식이 대표적입니다. 이들은 기존 센서 네트워크에서도 사용되던 규격으로, 신뢰성과 범용성이 높아 SPE 확산에도 큰 기여를 하고 있습니다.

 M8 커넥터

크기가 작고 컴팩트해 좁은 공간에 적합

센서, 액추에이터, 소형 제어기기에 활용

손쉬운 설치가 가능하며, 기기 미니어처화에 대응

 M12 커넥터

내구성과 방수/방진 성능이 뛰어나 혹독한 환경에서 사용 가능

고전력 전송과 더 강한 연결 신뢰성을 제공

공장 자동화, 기계 설비, 옥외 장비 등에서 선호

SPE의 배치 시나리오 및 네트워크 구성 방식

유연하고 효율적인 산업 네트워크 설계를 위한 전략

**SPE(Single Pair Ethernet)**는 단순한 포인트 투 포인트 연결부터 복잡한 멀티드롭 토폴로지까지 다양한 네트워크 구조를 지원하여, 현대 산업 환경의 다양한 요구에 맞춘 유연한 네트워크 설계를 가능하게 합니다. 이로 인해 SPE는 설비 구조, 운영 방식, 설치 조건에 따라 최적화된 방식으로 배치될 수 있으며, 시스템 효율성과 확장성을 동시에 확보할 수 있습니다.

주요 네트워크 구성 방식

1. 포인트 투 포인트(Point-to-Point) 연결

SPE의 가장 기본적인 연결 방식은 두 장치 간의 직접 연결입니다. 이 방식은 다음과 같은 환경에 적합합니다:

센서 ↔ 제어기, 액추에이터 ↔ PLC 같은 단일 장치 연결

중간 장비 없이 빠르고 안정적인 통신이 필요한 환경

지연(Latency)을 최소화하고 신뢰성을 높이고자 할 때

이 구조는 단순하면서도 고속 통신이 가능해, 설치가 간편하고 장애 발생 지점이 적은 것이 장점입니다.

 2. 멀티드롭(Multi-Drop) 구성

SPE는 하나의 케이블 라인에 여러 장치를 직렬로 연결하는 멀티드롭 구성도 지원합니다. 이는 기존 필드버스(예: RS-485) 방식과 유사한 형태로, 다음과 같은 이점이 있습니다:

배선 수와 길이 감소 → 설치 비용 절감

분산형 센서 네트워크 구성에 유리

장치 추가 및 변경이 쉬워 네트워크 유지보수가 용이

이 구성은 특히 장치가 일정 간격으로 반복 배치되는 생산 라인이나 배관 시스템, 조명 제어 시스템 등에서 효과적입니다.

10BASE-T1L 사용 예시

이런 SPE 중 SPE-T1L을 다룬 예시가 있습니다.

아래 프로젝트는 WIZnet Chip으로 10BASE-T1L 동작을 설계하는 방법에 대해 설명하고 있습니다. 
해당 프로젝트를 참고하여 간편하게 설계하고 강력한 기능을 추가해보세요!