Konektory RJ45 – co o nich musíte vědět

Modulární konektory se po svém zavedení v 60. letech společností AT&T, kdy nahradily objemné telefonní konektory, staly základem komunikačních a datových služeb po celém světě. Přestože se konektory RJ („Registered Jack“) původně zaměřovaly na telefonní připojení, rozšířily se v průběhu let i na datovou komunikaci. To vedlo k dnes možná nejznámějšímu modulárnímu konektoru, konektoru RJ45, který se používá v aplikacích počítačových sítí a běžně se označuje jako ethernetový konektor. Přestože se tento konektor široce využívá, klade si tento článek za cíl poskytnout podrobný přehled všech aspektů týkajících se konektorů RJ45, včetně jejich základních vlastností a možností, aplikací, standardů a dalšího.

Základy konektoru RJ45

Konektory RJ45 jsou na té nejzákladnější úrovni modulární propojovací zařízení spárovaná s kabelem, která zajišťují datovou komunikaci s různými elektronickými systémy. Obsahují 8 kontaktů a 8 pozic vodičů používaných pro signály nebo napájení, což znamená, že umožňují 4 kroucené páry vodičů. Ačkoli jsou díky tomuto nastavení s 8 kontakty a 8 pozicemi podobné jiným konektorům 8P8C, samotné konektory RJ45 obsahují dále jazýček, který umožňuje vložení zařízení s kompatibilní zásuvkou pouze v jedné orientaci, aby se zabránilo nesprávnému připojení. Zatímco se většina konektorů 8P8C označuje jako RJ45, není to zcela přesné, protože konektory 8P8C do zásuvek RJ45 zapojit lze, ale konektory RJ45 do zásuvek 8P8C zasunout nelze.

Stejně jako jakékoli jiné modulární konektory nabízejí i konektory RJ45 řadu výhod, jako je nízká cena, montáž konektoru a kabeláže bez pájení, rychlá výroba vlastních kabelů, jednoduché vkládání a vyjímání, snadná montáž na místě pomocí jednoduchých nástrojů a možnost přizpůsobení kabelů na místě. Kromě těchto základních výhod mohou konektory RJ45 nabízet také několik dalších funkcí, včetně následujících:

• Stínění – potlačuje efekty EMI/RFI.
• Klíčování – zajišťuje správné vložení.
• Různé možnosti montáže – umožňuje způsob použití na panel, desku, povrch nebo do průchozích otvorů.
• Displeje a indikátory – indikují stav připojení.
• Integrované magnety – umožňují lepší stínění a proudovou ochranu.
• Vysoká spolehlivost – poskytují ochranu hardwaru a připojení.

Použití a aplikace konektorů RJ45

Konektory RJ45 se nejčastěji používají k propojení jednoho zařízení s připojením k internetu s jiným síťovým zařízením. Může se jednat například o počítač připojený k serveru, router, modem, chytrou televizi, herní konzoli nebo jiné zařízení využívající protokol Ethernet. Pevné připojení, které poskytují konektory RJ45, umožňuje vyšší rychlost přenosu dat, lepší stabilitu a vyšší zabezpečení. Díky tomu jsou připojení RJ45 atraktivní pro profesionální i soukromé použití.

Obrázek 1: Konektory RJ45 se nacházejí v řadě síťových zařízení (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Tento propojovací systém je díky funkcím a vlastnostem přidaným do produktové řady RJ45, jako je vyšší rychlost a odolnost, použitelný i pro použití mimo kancelářské nebo domácí sítě, zatímco zavedení protokolu EtherCAT vedlo k rozšířenějšímu používání v továrně a mimo ni. Mezi některé z novějších aplikací, které využívají technologii RJ45, patří:

• Tovární automatizace
• Řízení průmyslových procesů
• Průmyslová robotika (výroba a montáž)
• Testovací a měřicí systémy
• Systémy kontroly kvality
• Systémy a zařízení Voice Over Internet Protocol (VOIP)
• Síťová zařízení internetu věcí (IoT)

Úvod ke standardům konektorů RJ45

Na konektory RJ45 se v závislosti na jejich aplikaci a zamýšleném používání vztahuje několik příslušných norem. Tyto příslušné normy jsou zde stručně shrnuty, ale některé z nich budou podrobněji popsány později:

• ANSI/TIA 1096-A – pokrývá základní mechanické vlastnosti, fyzické rozměry a požadavky na kontakty pro zařízení RJ45.
• T-568A a T-568B – obsahuje základní standardy zapojení a pinů.
• IEEE 802.3at, 802.3af a 802.3bt – zahrnuje různé standardy napájení přes Ethernet („Power over Ethernet“, PoE) pro konektory RJ45 schopné dodávat elektrický proud do koncového zařízení.
• IEEE 1394 – obsahuje strukturu sběrnice datového rozhraní používanou s konektory RJ45.

Kabely nebo vodiče používané pro zařízení RJ45 definují různé další standardy, které opět do značné míry závisejí na koncové aplikaci.

Protokoly Ethernet a EtherCAT

RJ45 a Ethernet jsou dva pojmy, které spolu jdou ruku v ruce. Standard Ethernet (IEEE 802.3), vyvinutý organizací IEEE v 80. letech 20. století, definuje pravidla pro konfiguraci ethernetové sítě (připojení), počet vodičů potřebných k připojení, očekávaný výkon a rámec přenosu dat. Zůstává nejrozšířenější a nejoblíbenější technologií LAN na celém světě díky snadnému používání, ceně, rychlosti a široké podpoře síťových protokolů, přičemž konektory RJ45 jsou standardními zařízeními používanými při nastavování sítě.

Protokol Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT), představený v roce 2003, je vysoce flexibilní síťový protokol využívaný v průmyslu k automatizaci továren v reálném čase, testování a měření a dalšímu. Je definován normou IEC 61158 a pracuje při vysokých rychlostech s velkou účinností. Sítě EtherCAT využívají dva porty RJ45 bez nutnosti dalšího speciálního hardwaru. Jeden konektor RJ45 je připojen k předchozímu uzlu v síti a druhý je připojen k následujícímu uzlu, což umožňuje efektivní využívání šířky pásma.

Kategorie ethernetové kabeláže

Kabeláž používaná v sítích Ethernet a EtherCAT se nabízí v několika různých typech od kategorie Cat5 a Cat6 až po současnou Cat7 a dokonce i novou Cat8. Jednotlivé standardy kabelů nabízejí výrazně odlišné metriky výkonu, ale všechny stále využívají stejné konektory RJ45. To znamená, že všechny kabely, bez ohledu na standard, se budou skládat z 8 vodičů a 4 kroucených párů vodičů, což odpovídá konfiguraci 8P8C konektoru RJ45.

Kategorie Cat5 je v tomto bodě většinou zastaralá díky kabelům Cat5e, které jsou až 10krát rychlejší než Cat5 a nabízejí lepší odolnost proti přeslechům nebo rušení. Kategorie Cat6 dále zlepšuje kapacitu šířky pásma oproti standardu Cat5e, ještě více snižuje i přeslechy a rušení prostřednictvím stínění a zůstává zpětně kompatibilní se standardem Cat5/5e. Často se používá v síťových instalacích, které vyžadují rychlosti v řádu gigabitů. Novější standard Cat6a obsahuje silné plastové pouzdro pro ještě větší snížení přeslechů a umožňuje delší kabely až do délky 100 metrů (328 stop). Standardy Cat7 a Cat7a postupně oba zvyšují kapacitu šířky pásma.

Tabulka 1: Specifikace kategorií ethernetových kabelů (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Technologie Power over Ethernet (PoE)

Kromě přenosu datových signálů nabízejí konektory RJ45 možnost dodávat do připojených zařízení elektrickou energii využitím nepoužívaných kroucených párů vodičů v ethernetových kabelech. Tato technologie napájení přes Ethernet („Power over Ethernet“, PoE) je definována standardem IEEE 802.3af a jeho iteracemi, které nadále zvyšují kapacitu dodávky energie.

Tabulka 2: Standardy napájení přes Ethernet (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Schopnost dodávat stejnosměrný proud přes tyto páry vodičů eliminuje potřebu samostatného napájecího vedení. Díky absenci nutnosti samostatných elektrických kabelů, zásuvek nebo instalace se technologie PoE vzhledem k úsporám nákladů a flexibilitě rychle rozšířila. Napájení PoE je také navrženo tak, aby bylo bezpečné, spolehlivé a škálovatelné.

Obrázek 2: Injektory PoE poskytují napájení zařízením připojeným k ethernetové síti (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Standardy T568A a T568B

T568A a T568B jsou dva standardy pinů RJ45, které specifikují přiřazení 8 vodičů v konektoru. Ke správnému fungování ethernetové sítě musí být tyto barevně kódované vodiče správně zasunuty do svých specifikovaných umístění zapojení. Standard T568A nabízí zpětnou kompatibilitu se starší kabeláží a standard T568B poskytuje lepší izolaci signálu a ochranu proti šumu. Průchozí konektory RJ45 umožňují vedení vodičů konektorem a jejich oříznutí během procesu krimpování pro snadnější zarovnání.

Obrázek 3: Přiřazení pinů dle standardů T568A a T568B (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Obrázek 4: Zapojení dle standardu T568B v konektoru RJ45 (zdroj obrázku: společnost Same Sky)

Rozhodnutí o tom, který standard bude vhodnější, bude záviset na individuálních potřebách návrhu a na tom, zda je použit přímý nebo křížený kabel. Přímý kabel (patch kabel) má na obou koncích stejný standard kabeláže, zatímco křížený kabel propojuje stejné typy zařízení tím, že má na jednom konci standard T568A a na druhém konci standard T568B. Přetočené nebo také rollover kabely jsou ploché a připojují zařízení k portu konzoly síťového přepínače. Používají se pouze k vytvoření rozhraní a nepřenášejí data.

Zpětná smyčka (loopback) a T1 jsou další dva běžné termíny, se kterými se můžete setkat. Zpětná smyčka je typ připojení, který umožňuje počítači propojení se sebou samým, což lze využít k diagnostice, řešení problémů a připojení k serverům. Linky T1, i když jsou mnohem méně běžné než před 15–20 lety, jsou vyhrazené linky přímo od poskytovatele telekomunikačních služeb koncovému uživateli, které nabízejí vyšší rychlosti a mohou přenášet hlas i data.

Závěrečné úvahy k návrhům s konektory RJ45

U konektorů RJ45, které budou propojeny s ethernetovou sítí, je třeba mít při návrhu na paměti několik technických aspektů. Na úrovni desky je důraz kladen na snížení EMI, zachování izolace elektrického signálu a zachování integrity signálu. Aniž bychom se příliš pouštěli do detailů návrhu obvodu, je důležité věnovat velkou pozornost délce a poloze spojů na desce. Rovněž je třeba zvážit fyzické umístění konektorů na desce plošných spojů.

Pokud jde o magnety, je třeba je vzít v úvahu při přidávání kabelového ethernetu do návrhu, protože jsou zahrnuty ve specifikaci ethernetu pro sítě 10/100/1000 Base-T. Magnetické prvky jsou součásti s vinutými dráty (jako transformátory), které poskytují stínění EMI, chrání před poruchami a přechodovými jevy a nabízejí elektrickou izolaci a vyvažování signálu. Musejí být izolovány a umístěny co nejblíže konektorům RJ45.

Existují dvě možnosti přidání magnetů do návrhu. První možností je vybrat konektor RJ45 s magnetem integrovaným v pouzdře. Magnetické konektory RJ45 nabízejí výhody lepšího stínění EMI a spolehlivějšího připojení. Druhou možností je přidat magnetický modul na desku plošných spojů mezi čip PHY (implementace ethernetu) a běžný konektor RJ45. Magnetické moduly bývají levnější než integrované konektory a zároveň nabízejí lepší ochranu před elektrostatickým výbojem („electrostatic discharge“, ESD). Obě možnosti mají své výhody a nevýhody, které je třeba zvážit na základě celkového návrhu systému.

Závěr

Stejně jako ostatní modulární konektory nabízejí i konektory RJ45 snadné zabudování, rychlou a snadnou instalaci, šíři produktů a uživatelskou dostupnost. Jsou používány po celém světě pro domácí i kancelářské síťové aplikace a nacházejí stále větší uplatnění v továrnách a v náročných prostředích.

Společnost Same Sky nabízí širokou škálu konektorů RJ45 s řadou možností včetně integrovaných magnetů, PoE, LED indikátorů a dalších.