RJ45-kontakter - vad du behöver veta

Efter att AT&T introducerade dem på 1960-talet för att ersätta skrymmande telefonkontakter har modulära kontakter varit en viktig del i kommunikations- och datatjänster över hela världen. Från början var de avsedda för telefonanslutningar, men under åren har RJ-kontakterna (Registered Jack) utvidgats till att även omfatta datakommunikation. Detta ledde till den kanske mest kända modulära kontakten idag, RJ45-kontakten, som används i datornätverk och vanligen kallas Ethernet-kontakt. Artikeln syftar till att ge en djupgående översikt över allt som rör RJ45-kontakter, inklusive deras grundläggande egenskaper och kapacitet, tillämpningar, standarder med mera.

Grunderna inom RJ45

På den mest grundläggande nivån, är RJ45-kontakter modulära anslutningsenheter som tillsammans med en kabel levererar datakommunikation till olika elektroniska system. De innehåller 8 kontakter och 8 trådpositioner som används för signaler eller ström, vilket innebär att de tillåter 4 tvinnade trådpar. Även om denna uppställning med 8 kontakter och 8 positioner gör att de liknar andra 8P8C-kontakter, har RJ45-kontakterna dessutom en flik som endast tillåter att enheten sätts in i ett läge i ett kompatibelt uttag för att förhindra felaktiga anslutningar. De flesta 8P8C-kontakter kallas RJ45, men detta är inte helt korrekt eftersom 8P8C-kontakter kan anslutas till RJ45-uttag, medan RJ45-kontakter inte kan anslutas till 8P8C-uttag.

På samma sätt alla modulära kontakter har RJ45-kontakter en mängd fördelar, t.ex. låg kostnad, lödfri montering av kontakt och ledningar, snabb produktion av anpassade kablar, enkel in- och urkoppling, enkel montering på plats med enkla verktyg och möjlighet att anpassa kablar på plats. Utöver dessa grundläggande fördelar kan RJ45-kontakterna även erbjuda flera andra funktioner, som bland annat:

• Skärmning - upphäver effekterna av EMI/RFI
• Nyckling - garanterar korrekt inkoppling
• Olika monteringsmöjligheter - möjliggör montering i panel, på kretskort, yta eller genomgående hål
• Displayer och indikeringar - visar anslutningsstatus
• Integrerad magnetik - ger bättre avskärmning och strömskydd
• Hi-Rel - ger skydd för maskinvaran och anslutningen

Användning och tillämpningar av RJ45

RJ45-kontakter används oftast för att ansluta en internetenhet till en annan nätverksenhet. Som exempelvis, en dator som är ansluten till en server, en router, ett modem, en smart-TV, en spelkonsol eller någon annan enhet som använder protokollet Ethernet. RJ45-anslutningen med fast kabel ger högre datahastigheter, förbättrad stabilitet och högre säkerhet. Detta gör RJ45-anslutningar attraktiva för både professionellt och privat bruk.

Figur 1: RJ45-kontakter finns i en mängd olika nätverksenheter (Bildkälla: Same Sky)

Nya funktioner och möjligheter, t.ex. ökad hastighet och robusthet, i produktlinjen RJ45 har även medfört att anslutningssystemet kan användas även utanför kontors- och hemmanätverk, medan införandet av EtherCAT-protokollet har lett till ökad användning på fabriksgolv och andra platser. Några av de nyare tillämpningar som använder RJ45-teknik är:

• Fabriksautomation
• Industriell processtyrning
• Industriell robotteknik (tillverkning och montering)
• Test- och mätsystem
• System för kvalitetskontroll
• System och anordningar för röst via internet-protokoll (VOIP)
• Nätverksenheter för sakernas internet (IoT)

Introduktion till standarder för RJ45-kontakter

Det finns flera tillämpliga standarder för RJ45-kontakter, beroende på användningsområde och avsedd användning. Dessa tillämpliga standarder sammanfattas kortfattat här, men flera av dem kommer att beskrivas mer ingående senare:

• ANSI/TIA 1096-A - omfattar grundläggande mekaniska egenskaper, fysiska mått och kontaktkrav för RJ45-enheter.
• T-568A och T-568B - de grundläggande standarderna för inkoppling och stiftlayout
• IEEE 802.3at, 802.3af och 802.3bt - de olika PoE-standarderna (Power over Ethernet) för RJ45-kontakter som kan förse slutenheten med elektrisk ström.
• IEEE 1394 - busstruktur för dataöverföring som används med RJ45

En mängd andra standarder definierar kablar eller trådar som används för RJ45-enheter, vilket i stor utsträckning beror på slutanvändningen.

Ethernet och EtherCAT

RJ45 och Ethernet är två termer som går hand i hand. Ethernet-standarden (IEEE 802.3), som utvecklades av IEEE på 1980-talet, definierar reglerna för att konfigurera ett Ethernet-nätverk (anslutningar), antalet ledare som krävs för en anslutning, förväntad prestanda och ett ramverk för dataöverföring. Det är fortfarande den mest använda och populära nätverkstekniken i världen på grund av dess användarvänlighet, kostnad, hastighet och breda stöd för nätverksprotokoll med RJ45-kontakter som standardutrustning vid nätverksuppbyggnad.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), som lanserades 2003, är ett mycket flexibelt nätverksprotokoll som används av industrin för fabriksautomation i realtid, test och mätning med mera. Den definieras av IEC-standard 61158 och arbetar med höga hastigheter och hög effektivitet. EtherCAT-nätverk använder två RJ45-portar utan att det krävs någon annan särskild maskinvara. En RJ45 är ansluten till den föregående noden i nätverket och den andra är ansluten till nästa nod, vilket gör det möjligt att utnyttja bandbredden effektivt.

Kategorier för Ethernet-kablage

Kablar som används i Ethernet- och EtherCAT-nätverk finns i flera olika typer, från Cat5 och Cat6 till Cat7 och till och med den ännu nyare Cat8. Varje kabelstandard har mycket olika prestanda, men alla använder samma RJ45-kontakter. Detta innebär att varje kabel, oavsett standard, kommer att bestå av 8 trådar och 4 tvinnade trådpar, vilket motsvarar RJ45-kontaktens 8P8C-konfiguration.

Cat5 är i stort sett föråldrad tack vare Cat5e-kablar som är upp till 10 gånger snabbare än Cat5 och har bättre motståndskraft mot överhörning och störningar. Cat6 förbättrar bandbreddskapaciteten jämfört med Cat5e, minskar överhörning och störningar ytterligare genom avskärmning och är bakåtkompatibel med Cat5/5e. Den används ofta i nätverksinstallationer som behöver Gigabit-hastigheter. Den nyare Cat6a har ett tjockt plasthölje för att ytterligare minska överhörningen och möjliggör längre kabeldragningar på upp till 100 m. Cat7 och Cat7a ökar bandbreddskapaciteten stegvis.

Tabell 1: Specifikationer för Ethernetkabelkategorier (Bildkälla: Same Sky)

Power over Ethernet (PoE)

Förutom att förmedla datasignaler kan RJ45-kontakterna leverera elektrisk ström till de anslutna enheterna genom att utnyttja de oanvända tvinnade trådparen i Ethernet-kablar. PoE-tekniken (Power over Ethernet) definieras i IEEE-standarden 802.3af och dess revisioner som fortsätter att höja kapaciteten för strömförsörjning.

Tabell 2: Power over Ethernet (Bildkälla: Same Sky)

Möjligheten att leverera likspänning via dessa ledarpar eliminerar behovet av separata strömledningar. PoE behöver inga separata elkablar, uttag eller installationer och har vuxit snabbt tack vare de kostnadsbesparingar och den flexibilitet som erbjuds. PoE är även utformat för att vara säkert, tillförlitligt och skalbart.

Figur 2: PoE-injektorer förser Ethernet-anslutna enheter med ström (Bildkälla: Same Sky)

Standarderna T568A och T56B

T568A och T568B är de två RJ45-standarder som anger hur de åtta trådarna i kontakten ska placeras. Dessa färgkodade kablar måste monteras korrekt i sina angivna stiftplaceringar för att ett Ethernet-nätverk ska fungera korrekt. T568A ger bakåtkompatibilitet för äldre ledningar och T568B ger bättre signalisolering och störningsskydd. RJ45-genomgångskontakter gör det möjligt att föra trådarna genom kontakten och trimma dem under pressningsprocessen för att underlätta inriktningen.

Figur 3: Stiftlayout för T568A och T568B (bildkälla: Same Sky)

Figur 4: T568B-inkoppling i en RJ45-kontakt (bildkälla: Same Sky)

Vilken standard som är lämplig beror på individuella konstruktionsbehov och om en rak eller en korsad kabel används. Raka kablar (patchkablar) har samma ledningsstandard i båda ändarna, medan korsade kablar ansluter samma typer av enheter genom att ha T568A i ena änden och T568B i den andra. Rullade kablar är platta och ansluter enheter till en konsolport i en nätverksswitch. De används endast för att skapa ett gränssnitt och överför ingen data.

Loopback och T1 är två andra vanliga termer som du kan få höra. Loopback är en typ av anslutning som gör det möjligt för en dator att koppla ihop sig med sig själv, vilket kan användas för diagnostik, felsökning och anslutning till servrar. T1-linjer, som är mycket mindre vanliga nu än för 15-20 år sedan, är dedikerade linjer direkt från en telekomleverantör till en slutanvändare, som erbjuder högre hastigheter och kan överföra både röst och data.

Slutliga överväganden om utformning av RJ45

RJ45-kontakter som ska kopplas till ett Ethernet-nätverk har flera tekniska överväganden att tänka på under konstruktionen. På kretskortnivå ligger fokus på att minska EMI, bevara isoleringen för den elektriska signalen och upprätthålla signalens integritet. Utan att fördjupa sig i detaljerna i kretskortets design är det viktigt att vara uppmärksam på längden och placeringen av kretskortets banor. Man bör även beakta den fysiska placeringen av kontakterna på kretskortet.

När det gäller magnetik måste man ta hänsyn till den om man lägger till kabelansluten Ethernet i en konstruktion eftersom den ingår i Ethernet-specifikationen för 10/100/1000 Base-T-nätverk. Magnetiska komponenter är trådlindade komponenter (som transformatorer) som ger EMI-skydd, skyddar mot fel och transienter och erbjuder elektrisk isolering och signalbalansering. De måste isoleras och placeras så nära RJ45-kontakterna som möjligt.

Det finns två alternativ för att lägga till magnetiska komponenter i en konstruktion. Det första alternativet är att välja en RJ45-kontakt med integrerad magnetik i höljet. De magnetiska RJ45-uttagen erbjuder fördelar med förbättrad EMI-skärmning och mer tillförlitliga anslutningar. Det andra alternativet är att lägga till en magnetisk modul på kretskortet mellan PHY-kretsen (Ethernet-implementering) och det vanliga RJ45-uttaget. Magnetiska moduler tenderar att vara billigare än integrerade kontakter samtidigt som de erbjuder bättre skydd mot elektrostatisk urladdning (ESD). Båda alternativen har för- och nackdelar som måste vägas mot varandra utifrån den övergripande systemutformningen.

Sammanfattning

Precis som andra modulära kontakter erbjuder RJ45-kontakter enkel design, snabb och enkel installation, ett brett produktutbud och användarvänlighet. De har accepterats över hela världen för nätverkstillämpningar både i hem och på kontor, och de accepteras i allt större utsträckning även på fabriksgolv och i tuffa miljöer.

Same Sky har ett brett utbud av RJ45-kontakter med en mängd olika alternativ, inklusive integrerad magnetik, PoE, LED-indikeringar och mycket mer.