RJ45 连接器 – 您需要了解的信息

发布时间:2022-6-15 11:07    发布者:eechina
关键词: RJ45 , 连接器
作者:Jeff Smoot 是 CUI Devices 应用工程和运动控制部门副总裁

模块化连接器在 20 世纪 60 年代由 AT&T 公司推出,以取代笨重的电话连接器,目前已成为全球通信和数据服务的主力军。虽然最初以电话连接为目标,但随着时间的推移,标准插孔 (RJ) 连接器也扩展到了数据通信。这成就了今天可能是最常见的模块化连接器——RJ45 连接器。它们广泛用于计算机网络应用,通常称为以太网连接器。虽然使用广泛,但本文旨在深度揭示 RJ45 连接器的所有方面,包括其基本特征和功能、应用、标准等等。

RJ45 基础知识

在最基本的层面上,RJ45 连接器就是一种与电缆配对的模块化互连装置,能够向各种电子系统提供数据通信。它们包含 8 个触头和 8 个用于信号或电源的导线位置,这意味着它们允许连接 4 个双绞线对。尽管这种 8 个触头、8 个位置的设置使得它们与其他 8P8C 连接器相似,但实际的 RJ45 连接器还有一个凸片,只允许在一个方向上将器件插入兼容的插座,以防止连接不当。虽然大多数 8P8C 连接器被称为 RJ45,但这并不完全准确,因为 8P8C 连接器可以插入 RJ45 插座,但 RJ45 连接器不能插入 8P8C 插座。

与任何 模块化连接器 一样,RJ45 连接器具有多种优势,如成本低、无焊连接器装配和接线、快速生产定制电缆、简单的插入和拆除、用简单的工具轻松进行现场装配,以及现场定制电缆的能力。除这些基本优势之外,RJ45 连接器还可以提供一些额外的功能,包括:

· 屏蔽 – 消除了 EMI/RFI 影响
· 键控 – 确保了正确插入
· 多种安装能力 – 允许采用面板、电路板、表面或通孔方法
· 显示屏和指示器 – 显示连接状态
· 集成磁性元件 – 可以实现更好的屏蔽和电流保护
· 高可靠性 – 为硬件和连接提供保护

RJ45 的用途和应用

RJ45 连接器最常用于连接一个实现互联网连接的设备和另一个网络设备。例如,连接到服务器、路由器、调制解调器、智能电视、游戏机或任何利用以太网协议的设备的 PC。RJ45 连接器提供的硬接线连接允许更大的数据速度,改善稳定性并提高安全性。这使得 RJ45 连接对专业用途和个人使用都有吸引力。

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图 1:RJ45 连接器在众多网络设备中很常见(图片来源:CUI Devices)。

RJ45 产品系列增加了像更高速度和坚固性这样的特性和功能后,使得这种互连系统更加适合用于办公室或家庭网络以外的用途,而 EtherCAT 协议的引入则使之在工厂车间和其他地方的使用也越来越多。使用 RJ45 技术的一些较新应用包括:

· 工厂自动化
· 工业过程控制
· 工业机器人技术(制造和装配)
· 测试与计量系统
· 质量控制体系
· 互联网协议语音 (VOIP) 系统和设备
· 物联网 (IoT) 网络设备

RJ45 连接器标准介绍

对于 RJ45 连接器,有多个适用的标准,具体适用那个标准取决于其应用和预期用途。这里简要地总结了这些适用的标准,但有几个标准将在后面更详细地介绍。

· ANSI/TIA 1096-A – 包括 RJ45 器件的基本机械特征、物理尺寸和接触要求
· T-568A和T-568B – 基本接线和引脚分配标准
· IEEE 802.3at、802.3af 和 802.3bt – RJ45 连接器的各种以太网供电 (PoE) 标准,能够向终端设备提供电流
· IEEE 1394 – 与 RJ45 一起使用的数据接口总线结构

其他各种标准规定了 RJ45 器件使用的电缆或电线,同样也主要取决于最终应用。

以太网和 EtherCAT

RJ45 和以太网是两个相辅相成的术语。由 IEEE 在 20 世纪 80 年代制定的以太网标准 (IEEE 802.3) 定义了配置以太网网络(连接)的规则、连接所需的导体数量、预期性能和数据传输框架。它仍然是世界上使用最广泛和最受欢迎的局域网技术,因为它易于使用、成本低、速度快,而且支持广泛的网络协议,RJ45 连接器是网络安装中使用的标准器件。

2003 年推出的控制自动化技术以太网 (EtherCAT) 是一个高度灵活的网络协议,被业界用于实时工厂自动化、测试和计量等方面。它由 IEC 标准 61158 定义,工作在高速度下,效率很高。EtherCAT 网络利用两个 RJ45 端口,不需要其他特殊硬件。一个 RJ45 连接到网络中的前一个节点,另一个连接到下一个节点,这样就可以有效地利用带宽。

以太网布线类别

用于以太网和 EtherCAT 网络的布线有多种不同的类型,从 Cat5 和 Cat6 到现在的 Cat7,甚至是新的 Cat8。每种电缆标准都提供了大不相同的性能指标,但都仍然利用相同的 RJ45 连接器。这意味着每条电缆,不管是哪种标准,都由 8 根线和 4 对双绞线组成,这与 RJ45 的 8P8C 配置相匹配。

由于 Cat5e 电缆的速度比 Cat5 快 10 倍,并且具有更好的抗串扰或干扰能力,Cat5 在这一点上大多已经过时。接下来,Cat6 比 Cat5e 又提高了带宽容量,通过屏蔽进一步减少串扰和干扰,并保持向后兼容 Cat5/5e。它经常用于需要千兆位速度的网络安装中。较新的 Cat6a 采用了厚的塑料外壳,进一步减少了串扰,并允许更长的电缆运行,最长可达 328 英尺。Cat7 和 Cat7a 也分别增加了带宽容量。

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表 1:以太网电缆类别规格(图片来源:CUI Devices)

以太网供电 (PoE)

除了转发数据信号外,RJ45 连接器还能利用以太网电缆中未使用的双绞线对,向所连接的设备提供电力。这种以太网供电 (PoE) 技术是由 IEEE 标准 802.3af 及其迭代版本所定义的,持续提高了电力输送能力。

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表 2:以太网供电标准(图片来源:CUI Devices)

能够通过这些线对提供直流电消除了对单独进行电源接线的需要。由于不需要单独的电线、插座或安装,PoE 已经迅速普及,正是因为它带来了成本节约和灵活性。而且 PoE 的设计更安全、可靠和可扩展。

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图 2:PoE 供电器为以太网连接的设备提供电力(图片来源:CUI Devices)

T568A 和 T568B 标准

T568A 和 T568B 是两个 RJ45 引脚分配标准,规定了连接器内 8 条线的分配。这些彩色编码导线必须正确插入其指定的引脚分配位置,以保证以太网的正常运行。T568A 为旧的接线提供向后的兼容性,T568B 提供了更好的信号隔离和噪音保护。RJ45 直通式连接器允许导线穿过连接器,并在压接过程中进行修剪,以便更容易对齐。

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图 3:T568A 和 T568B 引脚分配(图片来源:CUI Devices)

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图 4:RJ45 连接器中显示的 T568B 接线(图片来源:CUI Devices)

决定哪种标准合适,将取决于个人的设计需求以及是否使用直通电缆或交叉电缆。直通电缆(跳线)在两端都采用相同的接线标准,而交叉电缆则在一端采用 T568A 和另一端采用 T568B ,且用于连接同类型设备。反转线是扁平的,将设备连接到网络交换机的控制台端口。它们只用于建立一个接口,不传输数据。

环回和 T1 是另外两个可能听到的常用术语。环回是一种允许计算机与自身连接的连接方式,可用于诊断、排除故障和与服务器连接。T1 线路虽远不如 15-20 年前常用,但它是直接从电信服务提供商到最终用户的专用线路,拥有更高的速度,可以同时传输语音和数据。

RJ45 的最终设计考虑

设计时要将 RJ45 连接器与以太网网络对接需要注意多个技术问题。在板级,重点是减少 EMI,保持电信号隔离,并保持信号完整性。如果无法深入研究电路设计细节,那么密切关注电路板上导线的长度和位置就很重要。另外还应考虑 PCB 上连接器的物理位置。

之于磁性元件,如果在设计中加入了有线以太网,就必须考虑,因为 10/100/1000 Base-T 网络的以太网规范中就包括了磁性元件。磁性元件是绕线元件(如变压器),提供 EMI 屏蔽,防止故障和瞬态,并提供电气隔离和信号平衡。它们必须被隔离,并尽可能地靠近 RJ45 连接器。

在设计中加入磁性材料有两种选择。选项一是选择一个在外壳中集成磁性元件的 RJ45 连接器。RJ45 磁性插孔具有改进 EMI 屏蔽和连接更可靠的优点。第二个选择是在 PHY(以太网实现)芯片和普通 RJ45 插口之间的 PCB 上添加一个磁性模块。磁性模块往往比集成连接器便宜,同时能提供更好的静电放电 (ESD) 保护。这两种选择各有优缺点,需要根据整体系统设计进行权衡。

结语

与其他模块化连接器一样,RJ45 连接器带来了简单的设计导入、快速和简便的安装、产品的广泛性和用户的易用性。它们已为世界各地的家庭和办公室网络应用所接受,并正在不断为工厂车间和恶劣环境所接受。

CUI Devices 提供各种 RJ45 连接器,具有多种选件,包括集成磁性元件、PoE、LED 指示灯等。
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