RJ45-stik - Hvad du skal vide

Efter at AT&T introducerede dem i 1960'erne for at erstatte de voluminøse telefonstik, har modulære stik været en fast bestanddel af kommunikations- og datatjenester verden over. Mens de oprindeligt var rettet mod telefonforbindelser, blev RJ-stik udvidet i årenes løb til også at omfatte datakommunikation. Dette førte til det, der måske er det mest kendte modulære stik i dag, RJ45-stikket, som bruges til computernetværk og almindeligvis kaldes et Ethernet-stik. Selv om RJ45-stik er meget udbredt, har denne artikel til formål at give en dybdegående oversigt over alt, hvad der vedrører RJ45-stik, herunder deres grundlæggende funktioner og muligheder, anvendelsesmuligheder, standarder m.m.

Grundlæggende om RJ45

På det mest grundlæggende niveau er RJ45-stik modulære forbindelsesenheder parret med et kabel, som leverer datakommunikation til forskellige elektroniske systemer. De indeholder 8 kontakter og 8 ledningssteder, der anvendes til signaler eller strøm, hvilket betyder, at de giver mulighed for 4 snoede ledningspar. Selv om denne opsætning med 8 kontakter og 8 positioner gør dem magen til andre 8P8C-stik, har RJ45-stik desuden en fane, der kun tillader indsættelse af enheden i én retning med et kompatibelt stik for at forhindre ukorrekte forbindelser. Selv om de fleste 8P8C-stik kaldes RJ45-stik, er dette ikke helt korrekt, da 8P8C-stik kan sættes i RJ45-stik, men RJ45-stik ikke kan sættes i 8P8C-stik.

Som med alle modulære stik tilbyder RJ45-stik en række fordele, f.eks. lave omkostninger, loddefri samling af stik og ledninger, hurtig produktion af tilpassede kabler, enkel indsættelse og fjernelse, nem montering i marken med enkle værktøjer og mulighed for at tilpasse kabler på stedet. Ud over disse grundlæggende fordele kan RJ45-stik også tilbyde flere yderligere funktioner, herunder:

• Afskærmning - ophæver virkningerne af EMI/RFI
• Keying - Sikrer korrekt indsættelse
• Forskellige monteringsmuligheder - giver mulighed for panel, kort, overflade eller gennemgående hulmetoder
• Visninger og indikatorer - Angiver forbindelsesstatus
• Integreret magnetik - Giver bedre afskærmning plus strømbeskyttelse
• Hi-Rel - Giver beskyttelse af hardware og forbindelsen

RJ45-anvendelser og applikationer

RJ45-stik bruges oftest til at forbinde en internetaktiveret enhed med en anden netværksenhed. F.eks. en PC, der er tilsluttet en server, router, modem, smart-tv, spillekonsol eller en hvilken som helst enhed, der anvender Ethernet-protokollen. RJ45-stik giver mulighed for større datahastigheder, bedre stabilitet og højere sikkerhed. Dette gør RJ45-forbindelser attraktive til både professionel brug og privat brug.

Figur 1: RJ45-stik findes i en række netværksenheder (Billedkilde: Same Sky)

Tilføjede funktioner og muligheder, såsom øget hastighed og robusthed, til RJ45-produktserien har også gjort dette forbindelsessystem anvendeligt til brug uden for kontor- og hjemmenetværk, mens indførelsen af EtherCAT-protokollen har ført til øget brug på fabriksgulvet og andre steder. Nogle af de nyere applikationer, der bruger RJ45-teknologi, omfatter:

• Automatisering af fabrikken
• Industriel processtyring
• Industriel robotteknik (fremstilling og samling)
• Test- og målesystemer
• Systemer til kvalitetskontrol
• VOIP-systemer og -enheder (Voice Over Internet Protocol)
• Internet of Things (IoT) netværksenheder

Intro til RJ45-stikstandarder

Der findes flere gældende standarder for RJ45-stik, afhængigt af deres anvendelse og tilsigtede brug. Disse gældende standarder er kort opsummeret her, men flere standarder vil blive beskrevet mere detaljeret senere:

• ANSI/TIA 1096-A - dækker de grundlæggende mekaniske egenskaber, fysiske dimensioner og kontaktkrav for RJ45-enheder
• T-568A og T-568B - de grundlæggende standarder for ledningsføring og pinout
• IEEE 802.3at, 802.3af og 802.3bt - de forskellige PoE-standarder (Power over Ethernet) for RJ45-stik, der kan levere elektrisk strøm til slutenheden
• IEEE 1394 - Data interface busstruktur, der anvendes med RJ45

En række andre standarder definerer de kabler eller ledninger, der anvendes til RJ45-enheder, hvilket igen i høj grad afhænger af den endelige anvendelse.

Ethernet og EtherCAT

RJ45 og Ethernet er to udtryk, der går hånd i hånd. Ethernet-standarden (IEEE 802.3), der blev udviklet af IEEE i 1980'erne, definerer reglerne for konfiguration af et Ethernet-netværk (forbindelser), antallet af ledere, der kræves til en forbindelse, den forventede ydeevne og en ramme for datatransmission. Det er fortsat den mest udbredte og populære LAN-teknologi i verden på grund af dens brugervenlighed, pris, hastighed og brede understøttelse af netværksprotokoller med RJ45-stik som standard i forbindelse med netværksopsætning.

Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT), der blev introduceret i 2003, er en meget fleksibel netværksprotokol, der anvendes af industrien til realtidsautomatisering af fabrikker, test og måling og meget mere. Den er defineret af IEC-standard 61158 og fungerer ved høje hastigheder med stor effektivitet. EtherCAT-netværk anvender to RJ45-porte uden behov for anden særlig hardware. Den ene RJ45 er forbundet til den foregående knude i netværket, og den anden er forbundet til den næste knude, hvilket giver mulighed for effektiv udnyttelse af båndbredden.

Kategorier af Ethernet-kabler

Kabler, der anvendes i Ethernet- og EtherCAT-netværk, er tilgængelig i flere forskellige typer fra Cat5 og Cat6 til nu Cat7 og endda den nye Cat8. Hver af kabelstandarderne tilbyder meget forskellige præstationsmålinger, men alle anvender stadig de samme RJ45-stik. Det betyder, at hvert kabel, uanset standard, vil bestå af 8 ledninger og 4 snoede par, hvilket svarer til RJ45's 8P8C-konfiguration.

Cat5 er for det meste forældet på nuværende tidspunkt takket være Cat5e-kabler, der er op til 10 gange hurtigere end Cat5 og giver bedre modstandsdygtighed over for overspænding eller interferens. Dernæst forbedrer Cat6 båndbreddekapaciteten i forhold til Cat5e, reducerer yderligere overspænding og interferens via afskærmning og er fortsat bagudkompatibel med Cat5/5e. Den bruges ofte i netværksinstallationer, der har brug for Gigabit-hastigheder. Den nyere Cat6a har et tykt plastikkabinet for at reducere overspændingen yderligere og giver mulighed for længere kabelforløb på op til 328 fod. Cat7 og Cat7a øger hver især båndbreddekapaciteten gradvist.

Tabel 1: Specifikationer for Ethernet-kabelkategorier (billedkilde: Same Sky)

PoE (Power over Ethernet)

Ud over at videregive datasignaler giver RJ45-stik mulighed for at levere elektrisk strøm til de tilsluttede enheder ved at udnytte de ubrugte snoede ledningspar i Ethernet-kabler. Denne PoE-teknik (Power over Ethernet) er defineret af IEEE-standard 802.3af og dens gentagelser, som fortsat forbedrer strømforsyningskapaciteten.

Tabel 2: Power over Ethernet-standarder (Billedkilde: Same Sky)

Muligheden for at levere jævnstrøm via disse ledningspar eliminerer behovet for separate strømkabler. PoE er hurtigt vokset takket være de besparelser og den fleksibilitet, der er opnået, da der ikke er behov for separate elektriske kabler, stikkontakter eller installation. PoE er også designet til at være sikkert, pålideligt og skalerbart.

Figur 2: PoE-injektorer leverer strøm til Ethernet-tilsluttede enheder (Billedkilde: Same Sky)

T568A- og T568B-standarder

T568A og T568B er de to RJ45-standarder for benlayout, der angiver tildelingen af de 8 ledninger i stikket. Disse farvekodede ledninger skal sættes korrekt ind i deres specificerede ben-placeringer for at sikre, at et Ethernet-netværk fungerer korrekt. T568A giver bagudkompatibilitet for ældre ledninger, og T568B giver bedre signalisolering og støjbeskyttelse. RJ45-gennemføringsstik gør det muligt at føre ledningerne gennem stikket og trimme dem under crimpningen for at gøre det nemmere at justere dem.

Figur 3: T568A- og T568B-benlayout (Billedkilde: Same Sky)

Figur 4: T568B-ledninger vist i et RJ45-stik (Billedkilde: Same Sky)

Hvilken standard der er den rette afhænger af de individuelle designbehov og af, om der anvendes et straight-through-kabel eller et crossover-kabel. Straight-through-kabel (patchkabel) har samme ledningsstandard i hver ende, mens crossover-kabel forbinder de samme typer enheder ved at have T568A i den ene ende og T568B i den anden ende. Rullede kabler er flade og forbinder enheder til en konsolport på en netværksswitch. De bruges kun til at etablere en grænseflade og overfører ikke data.

Loopback og T1 er to andre almindelige udtryk, som man kan høre. Loopback er en type forbindelse, der gør det muligt for en computer at oprette en grænseflade med sig selv, hvilket kan bruges til diagnosticering, fejlfinding og forbindelse med servere. T1-linjer er langt mindre almindelige end for 15-20 år siden, men er dedikerede linjer direkte fra en teleudbyder til en slutbruger, som giver højere hastigheder og kan overføre både tale og data.

Overvejelser om det endelige design for RJ45

RJ45-stik, der skal forbindes med et Ethernet-netværk, har flere tekniske overvejelser, der skal tages i betragtning under konstruktionen. På printkortniveau er fokus på at reducere EMI, bevare elektrisk signalisolation og bevare signalintegritet. Uden at dykke for langt ned i detaljerne i kredsløbsdesignet er det vigtigt at være meget opmærksom på længden og placeringen af sporene på printkortet. Der bør også tages hensyn til den fysiske placering af stikkene på printkortet.

Når det drejer sig om magnetik, skal de tages i betragtning, hvis der tilføjes kablet Ethernet i et design, da de er inkluderet i Ethernet-specifikationen for 10/100/1000 Base-T-netværk. Magnetik er trådviklede komponenter (som transformatorer), der giver EMI-afskærmning, beskytter mod fejl og transienter og giver elektrisk isolation og signaludligning. De skal isoleres og holdes så tæt som muligt på RJ45-stik.

Der er to muligheder for at tilføje magnetik i et design. Den første mulighed er at vælge et RJ45-stik med integreret magnetik i huset. RJ45 magnetiske jackstik giver fordelene ved forbedret EMI-afskærmning og mere pålidelige forbindelser. Den anden mulighed er at tilføje et magnetisk modul til PCB'et mellem PHY-chippen (Ethernet-implementering) og det almindelige RJ45-stik. Magnetiske moduler er ofte billigere end integrerede stik og har samtidig en bedre beskyttelse mod elektrostatisk afladning (ESD). Begge muligheder har fordele og ulemper, som skal afvejes på grundlag af det overordnede systemdesign.

Konklusion

Ligesom andre modulære stik tilbyder RJ45-stik let design, hurtig og nem installation, et bredt produktudbud og brugertilgængelighed. De er blevet accepteret over hele verden til både hjemme- og kontornetværksapplikationer og vinder stadig større indpas på fabriksgulvet og i barske miljøer.

Same Sky tilbyder et bredt udvalg af RJ45-stik med en række forskellige muligheder, herunder integreret magnetik, PoE, LED-indikatorer og meget mere.