După ce au fost introduși în anii '60 de către AT&T ca înlocuitori ai conectorilor voluminoși ai telefoanelor, conectorii modulari au devenit un element de bază al serviciilor de comunicații și date din întreaga lume. Deși inițial au vizat conexiunile telefonice, conectorii cu jack înregistrat (RJ) s-au dezvoltat de-a lungul anilor pentru a include și comunicarea de date. Acest lucru a dus la ceea ce ar putea fi cel mai cunoscut conector modular din prezent, conectorul RJ45, care este utilizat în aplicațiile de rețea de calculatoare și este denumit în mod obișnuit conector Ethernet. Deși sunt utilizați pe scară largă, acest articol își propune să ofere o prezentare generală detaliată a tuturor aspectelor legate de conectorii RJ45, inclusiv caracteristicile și capacitățile lor de bază, aplicațiile, standardele și multe altele.
Noțiuni de bază despre RJ45
La nivelul cel mai elementar, conectorii RJ45 sunt dispozitive modulare de interconectare, cuplate cu un cablu, care asigură comunicarea de date către diverse sisteme electronice. Acestea conțin 8 contacte și 8 poziții ale firelor utilizate pentru semnale sau alimentare, ceea ce înseamnă că acceptă 4 perechi de fire răsucite. Deși această configurație cu 8 contacte și 8 poziții îi face să fie asemănători cu alți conectori 8P8C, conectorii RJ45 reali au o lamelă care permite introducerea dispozitivului într-o singură orientare, într-o mufă compatibilă, pentru a preveni conexiunile necorespunzătoare. În timp ce majoritatea conectorilor 8P8C sunt denumiți RJ45, acest lucru nu este în întregime corect, deoarece conectorii 8P8C se pot conecta la mufele RJ45, dar conectorii RJ45 nu se pot conecta la mufele 8P8C.
Ca orice conector modular, conectorii RJ45 oferă numeroase avantaje, cum ar fi costul redus, asamblarea fără sudură a conectorului și a cablajului, producția rapidă de cabluri personalizate, inserția și îndepărtarea simplă, asamblarea ușoară pe teren cu unelte simple și capacitatea de a personaliza cablurile la fața locului. În plus, pe lângă aceste beneficii de bază, conectorii RJ45 pot oferi mai multe caracteristici suplimentare, inclusiv:
- Ecranare – anulează efectele EMI/RFI
- Modulare – asigură o inserție corectă
- Diferite posibilități de montare – permit metode de montare pe panou, pe placă, pe suprafață sau prin orificii.
- Afișaje și indicatori – indică starea conexiunii
- Componente magnetice integrate – permit o mai bună ecranare și protecție împotriva curentului
- Hi-Rel - oferă protecție pentru hardware și conexiune
Utilizări și aplicații RJ45
Conectorii RJ45 sunt cel mai des utilizați pentru a conecta un dispozitiv cu acces la internet cu un alt dispozitiv de rețea. De exemplu, un PC conectat la un server, un router, un modem, un televizor inteligent, o consolă de jocuri sau orice dispozitiv care utilizează protocolul Ethernet. Conexiunea cablată pe care o oferă conectorii RJ45 permite viteze mai mari pentru transferul de date, stabilitate îmbunătățită și securitate sporită. Astfel, conexiunile RJ45 devin atractive atât pentru uz profesional, cât și pentru uz personal.
Figura 1: conectorii RJ45 se regăsesc într-o gamă largă de dispozitive de rețea (Sursa imaginii: CUI Devices)
Caracteristicile și capacitățile, cum ar fi viteza sporită și robustețea, adăugate la linia de produse RJ45, au făcut ca acest sistem de interconectare să fie aplicabil și pentru utilizări în afara rețelelor de birou sau de acasă, în timp ce introducerea protocolului EtherCAT a dus la o utilizare sporită în fabrici și nu numai. Unele dintre aplicațiile mai noi care utilizează tehnologia RJ45 includ:
- Automatizarea fabricilor
- Controlul proceselor industriale
- Robotică industrială (fabricare și asamblare)
- Sisteme de testare și măsurare
- Sisteme de control al calității
- Sisteme și dispozitive VOIP (Voice Over Internet Protocol)
- Dispozitive de rețea pentru Internetul lucrurilor (IoT)
Introducere în standardele pentru conectorii RJ45
Există mai multe standarde aplicabile pentru conectorii RJ45, în funcție de aplicația și de utilizarea prevăzută a acestora. Aceste standarde aplicabile sunt rezumate pe scurt aici, dar câteva standarde vor fi prezentate mai detaliat în continuare:
- ANSI/TIA 1096-A – acoperă caracteristicile mecanice de bază, dimensiunile fizice și cerințele de contact pentru dispozitivele RJ45.
- T-568A și T-568B – standardele de bază pentru cablare și schema pinilor
- IEEE 802.3at, 802.3af și 802.3bt – diferitele standarde de alimentare prin Ethernet (PoE) pentru conectorii RJ45 care pot furniza curent electric către dispozitivul final
- IEEE 1394 – structură de magistrală pentru interfață de date utilizată cu RJ45
O varietate de alte standarde definește cablurile sau firele utilizate pentru dispozitivele RJ45, din nou, în mare parte în funcție de aplicația finală.
Ethernet și EtherCAT
RJ45 și Ethernet sunt doi termeni care merg mână în mână. Dezvoltat de IEEE în anii '80, standardul Ethernet (IEEE 802.3) definește regulile de configurare a unei rețele (conexiuni) Ethernet, numărul de conductori necesari pentru o conexiune, performanțele așteptate și un cadru de transmisie a datelor. Acesta rămâne cea mai utilizată și cea mai populară tehnologie LAN din întreaga lume datorită ușurinței de utilizare, costului, vitezei și suportului larg al protocoalelor de rețea, conectorii RJ45 fiind dispozitivele standard utilizate în configurarea rețelei.
Introdus în 2003, Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT) este un protocol de rețea extrem de flexibil utilizat de industrie pentru automatizarea în timp real a fabricilor, testare și măsurare și multe altele. Acesta este definit de standardul IEC 61158 și funcționează la viteze mari cu o eficiență deosebită. Rețelele EtherCAT utilizează două porturi RJ45, fără a fi nevoie de alte echipamente speciale. Un RJ45 este conectat la nodul anterior din rețea, iar celălalt este conectat la nodul următor, ceea ce permite o utilizare eficientă a lățimii de bandă.
Categorii de cabluri Ethernet
Cablurile utilizate în rețelele Ethernet și EtherCAT sunt disponibile într-o varietate de tipuri, de la Cat5 și Cat6 până la Cat7 și chiar la noul Cat8. Fiecare dintre standardele de cablu oferă parametri de performanță foarte diferiți, dar toate încă utilizează aceiași conectori RJ45. Asta înseamnă că fiecare cablu, indiferent de standard, va fi format din 8 fire și 4 perechi de fire răsucite, ceea ce corespunde configurației 8P8C a RJ45.
Cat5 este în mare parte depășit în acest moment datorită cablurilor Cat5e, care sunt de până la 10 ori mai rapide decât Cat5 și oferă o rezistență mai bună la diafonie sau interferențe. Apoi, Cat6 îmbunătățește capacitatea de lățime de bandă față de Cat5e, reduce și mai mult diafonia și interferențele prin ecranare și rămâne compatibil cu Cat5/5e. Acesta este adesea utilizat în instalațiile de rețea care au nevoie de viteze de nivelul gigabiților. Noul Cat6a încorporează o carcasă groasă de plastic pentru o reducere și mai mare a diafoniei și permite realizarea unor cabluri mai lungi, de până la 328 de picioare. Cat7 și Cat7a măresc fiecare în mod incremental capacitatea lățimii de bandă.
| Tip cablu | Viteză maximă | Lățime de bandă maximă |
|---|---|---|
| Cat 5 | 100 Mbps | 100 MHz |
| Cat 5e | 1.000 Mbps | 100 MHz |
| Cat 6 | 1.000 Mbps | 250 MHz |
| Cat 6a | 10.000 Mbps | 500 MHz |
| Cat 7 | 10.000 Mbps | 600 MHz |
| Cat 7a | 10.000 Mbps | 1.000 MHz |
Tabelul 1: specificații privind categoriile de cabluri Ethernet (Sursa imaginii: CUI Devices)
Power over Ethernet (PoE)
Pe lângă transmiterea semnalelor de date, conectorii RJ45 oferă posibilitatea de a furniza energie electrică dispozitivelor conectate, profitând de perechile de fire răsucite nefolosite din cablurile Ethernet. Această tehnică Power over Ethernet (PoE) este definită de standardul IEEE 802.3af și de iterațiile sale care continuă să îmbunătățească capacitatea de furnizare a energiei.
| Nomenclatură | Standard | Putere maximă |
|---|---|---|
| PoE | IEEE 802.3af | Până la 15,4 W |
| PoE+ | IEEE 802.3at (tip 2) | Până la 30 W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt (tip 3) | Până la 60 W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt (tip 4) | Până la 100 W |
Tabelul 2: standardele Power over Ethernet (Sursa imaginii: CUI Devices)
Capacitatea de a furniza curent continuu prin aceste perechi de fire elimină necesitatea unui cablaj de alimentare separat. Nemaifiind nevoie de cabluri electrice, prize sau instalații separate, PoE s-a dezvoltat rapid, datorită economiilor de costuri și flexibilității oferite. De asem*nea, PoE este conceput pentru a fi sigur, fiabil și scalabil.
Figura 2: injectoarele PoE asigură alimentarea cu energie a dispozitivelor conectate la Ethernet (Sursa imaginii: CUI Devices)
Standardele T568A și T568B
T568A și T568B sunt cele două standarde pentru schema pinilor RJ45 care specifică alocarea celor 8 fire din cadrul conectorului. Aceste fire cu coduri de culoare trebuie să fie introduse corect în locațiile lor specificate în schema pinilor, pentru funcționarea corectă a unei rețele Ethernet. T568A oferă compatibilitate retroactivă pentru cablajele mai vechi, iar T568B oferă o mai bună izolare a semnalului și protecție împotriva zgomotului. Conectorii RJ45 cu trecere permit introducerea firelor prin conector și tăierea acestora în timpul procesului de sertizare, pentru o aliniere mai ușoară.
Figura 3: schemele pinilor pentru T568A și T568B (Sursa imaginii: CUI Devices)
Figura 4: cablajul T568B prezentat într-un conector RJ45 (Sursa imaginii: CUI Devices)
Decizia privind standardul adecvat va depinde de nevoile individuale de proiectare și de utilizarea sau neutilizarea unui cablu direct sau a unui cablu inversor. Cablul direct (cablul de legătură) are același standard de cablare la fiecare capăt, în timp ce cablul inversor conectează aceleași tipuri de dispozitive, având T568A la un capăt și T568B la celălalt capăt. Cablurile consolă sunt plate și conectează dispozitivele la portul de consolă al unui switch de rețea. Acestea sunt utilizate doar pentru a stabili o interfață și nu transmit date.
Loopback și T1 sunt alți doi termeni comuni care pot fi auziți. Loopback este un tip de conexiune care permite unui computer să se conecteze cu el însuși, putând fi utilizat pentru diagnosticare, depanare și conectare la servere. Liniile T1, deși mult mai puțin frecvente decât în urmă cu 15-20 de ani, sunt linii dedicate direct de la un furnizor de servicii de telecomunicații la un utilizator final, care oferă viteze mai mari și pot transporta atât voce, cât și date.
Considerente finale privind proiectarea pentru RJ45
Pentru conectorii RJ45 care vor fi interfațați cu o rețea Ethernet există mai multe considerente tehnice de care trebuie să se țină cont în timpul proiectării. La nivelul plăcii, accentul se pune pe reducerea EMI, pe menținerea izolației semnalelor electrice și pe menținerea integrității semnalului. Fără a intra prea mult în detaliile proiectării circuitelor, este important să se acorde o atenție deosebită lungimii și poziției traseelor pe placă. De asem*nea, trebuie luată în considerare și amplasarea fizică a conectorilor pe PCB.
Când vine vorba de componentele magnetice, acestea trebuie luate în considerare în cazul în care se adaugă Ethernet prin cablu într-un proiect, deoarece sunt incluse în specificațiile Ethernet pentru rețelele 10/100/1000 Base-T. Componentele magnetice sunt componente înfășurate în fire (precum transformatoarele) care asigură ecranarea EMI, protejează împotriva defecțiunilor și a curenților tranzitorii și asigură izolarea electrică și echilibrarea semnalelor. Acestea trebuie să fie izolate și păstrate cât mai aproape posibil de conectorii RJ45.
Există două opțiuni pentru adăugarea componentelor magnetice într-un proiect. Prima opțiune este selectarea unui conector RJ45 cu componente magnetice integrate în carcasă. Fișele magnetice RJ45 oferă avantajele unei protecții EMI îmbunătățite și ale unor conexiuni mai fiabile. A doua opțiune este adăugarea unui modul magnetic pe PCB, între cipul PHY (implementare Ethernet) și fișa RJ45 obișnuită. Modulele magnetice tind să fie mai ieftine decât conectorii integrați, oferind în același timp o mai bună protecție împotriva descărcărilor electrostatice (ESD). Ambele opțiuni au avantaje și dezavantaje care vor trebui să fie evaluate în funcție de proiectarea generală a sistemului.
Concluzie
La fel ca și alți conectori modulari, conectorii RJ45 oferă o proiectare ușoară, o instalare rapidă și simplă, o gamă largă de produse și accesibilitate pentru utilizatori. Aceștia au fost acceptați la nivel mondial atât pentru aplicațiile de rețea de la domiciliu, cât și pentru cele de la birou și sunt din ce în ce mai bine primiți în fabrici și în medii solicitante.
CUI Devices oferă o gamă largă de conectori RJ45 cu o varietate de opțiuni, inclusiv componente magnetice integrate, PoE, indicatori cu led și multe altele.
Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.
