RJ45-connectoren - wat je moet weten

Na hun introductie in de jaren 1960 door AT&T ter vervanging van omvangrijke telefoonconnectoren, zijn modulaire connectoren een hoofdbestanddeel geworden van communicatie- en datadiensten over de hele wereld. De RJ-connectoren (registered jack) waren aanvankelijk bedoeld voor telefoonverbindingen, maar werden in de loop der jaren uitgebreid tot datacommunicatie. Dit heeft geleid tot wat vandaag misschien wel de meest bekende modulaire connector is, de RJ45 connector, die wordt gebruikt in computernetwerktoepassingen en algemeen wordt aangeduid als een Ethernet connector. Hoewel RJ45-connectoren op grote schaal worden gebruikt, is dit artikel bedoeld om een diepgaand overzicht te geven van alles wat met RJ45 connectoren te maken heeft, waaronder hun basiskenmerken en -mogelijkheden, toepassingen, normen, en meer.

RJ45 grondbeginselen

Op het meest basale niveau zijn RJ45-connectoren modulaire interconnectie-elementen gekoppeld aan een kabel die datacommunicatie leveren aan diverse elektronische systemen. Zij bevatten 8 contacten en 8 draadposities die worden gebruikt voor signalen of voeding, hetgeen betekent dat zij 4 getwiste draadparen toelaten. Hoewel ze door deze opzet met 8 contacten en 8 posities vergelijkbaar zijn met andere 8P8C-connectoren, zijn de RJ45-connectoren voorzien van een lipje waarmee het apparaat slechts in één richting in een compatibel stopcontact kan worden gestoken om onjuiste aansluitingen te voorkomen. Hoewel de meeste 8P8C-connectoren RJ45 worden genoemd, is dit niet helemaal juist omdat 8P8C-connectoren in RJ45-bussen kunnen worden gestoken, maar RJ45-connectoren niet in 8P8C-bussen.

Zoals elke modulaire connector bieden RJ45-connectoren een hele reeks voordelen, zoals lage kosten, soldeervrije assemblage van connector en bedrading, snelle productie van aangepaste kabels, eenvoudig inbrengen en verwijderen, eenvoudige assemblage in het veld met eenvoudig gereedschap, en de mogelijkheid om kabels ter plaatse aan te passen. Buiten deze basisvoordelen kunnen RJ45 connectoren ook een aantal extra functies bieden, waaronder:

• Afscherming - annuleert de effecten van EMI/RFI
• Keying - zorgt voor een goede plaatsing
• Diverse montagemogelijkheden - paneel-, plaat-, oppervlakte- of doorvoermethode mogelijk
• Displays en indicatoren - geven de verbindingsstatus aan
• Geïntegreerde magnetica - zorgt voor betere afscherming plus stroombeveiliging
• Hi-Rel - biedt bescherming voor de hardware en de verbinding

RJ45 gebruik en toepassingen

RJ45-connectoren worden meestal gebruikt om een apparaat met internetaansluiting te verbinden met een ander netwerkapparaat. Bijvoorbeeld een PC aangesloten op een server, router, modem, smart TV, spelconsole, of eender welk toestel dat gebruik maakt van het Ethernet-protocol. De hardwired verbinding die RJ45-connectoren bieden, maakt grotere datasnelheden, betere stabiliteit en hogere veiligheid mogelijk. Dit maakt RJ45-aansluitingen aantrekkelijk voor zowel professioneel als persoonlijk gebruik.

Afbeelding 1: RJ45-connectoren zijn te vinden in een reeks netwerkapparaten (Bron afbeelding: Same Sky)

Toegevoegde functies en mogelijkheden, zoals hogere snelheid en robuustheid, aan de RJ45-productlijn hebben dit interconnectiesysteem ook toepasbaar gemaakt voor toepassingen buiten kantoor- of thuisnetwerken, terwijl de introductie van het EtherCAT-protocol heeft geleid tot een toenemend gebruik op de fabrieksvloer en daarbuiten. Enkele van de nieuwere toepassingen die gebruik maken van RJ45-technologie zijn:

• Fabrieksautomatisering
• Industriële procesregeling
• Industriële robotica (fabricage en assemblage)
• Test- en meetsystemen
• Systemen voor kwaliteitscontrole
• Voice Over Internet Protocol (VOIP)-systemen en -toestellen
• Netwerkapparatuur voor het internet van dingen (IoT)

Inleiding tot RJ45-connectornormen

Er zijn verschillende normen van toepassing op RJ45-connectoren, afhankelijk van de toepassing en het beoogde gebruik. Deze toepasselijke normen worden hier kort samengevat, maar verscheidene normen zullen later nader worden toegelicht:

• ANSI/TIA 1096-A - omvat de fundamentele mechanische kenmerken, fysieke afmetingen, en contactvereisten voor RJ45-apparaten
• T-568A en T-568B - de basisbedradings- en pennenbezettingsnormen
• IEEE 802.3at, 802.3af en 802.3bt - de diverse standaarden voor stroomvoorziening via Ethernet (PoE) voor RJ45-connectoren die elektrische stroom kunnen leveren aan het eindapparaat
• IEEE 1394 - data-interface busstructuur gebruikt met RJ45

Een verscheidenheid van andere normen bepaalt de kabels of draden die worden gebruikt voor RJ45-apparaten, wederom grotendeels afhankelijk van de eindtoepassing.

Ethernet en EtherCAT

RJ45 en Ethernet zijn twee termen die hand in hand gaan. De Ethernet-norm (IEEE 802.3), die in de jaren tachtig door de IEEE is ontwikkeld, definieert de regels voor het configureren van een Ethernet-netwerk (verbindingen), het aantal voor een verbinding vereiste geleiders, de verwachte prestaties en een kader voor datatransmissie. Het blijft de meest gebruikte en populaire LAN-technologie ter wereld vanwege het gebruiksgemak, de kosten, de snelheid en de brede ondersteuning van netwerkprotocollen, waarbij RJ45-connectoren de standaardvoorzieningen zijn die bij het opzetten van netwerken worden gebruikt.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), dat in 2003 werd geïntroduceerd, is een uiterst flexibel netwerkprotocol dat door de industrie wordt gebruikt voor real-time fabrieksautomatisering, tests en metingen, enzovoort. Hij wordt gedefinieerd door de IEC-norm 61158 en werkt met hoge snelheden en grote efficiëntie. EtherCAT-netwerken maken gebruik van twee RJ45-poorten zonder dat er andere speciale hardware nodig is. Eén RJ45 is verbonden met het vorige knooppunt in het netwerk en het andere met het volgende knooppunt, waardoor bandbreedte efficiënt kan worden gebruikt.

Ethernet-bekabelingscategorieën

De bekabeling die in Ethernet- en EtherCAT-netwerken wordt gebruikt, wordt aangeboden in verschillende typen, van Cat5 en Cat6 tot nu Cat7 en zelfs het nieuwe Cat8. Elk van de kabelnormen biedt sterk verschillende prestatiekenmerken, maar ze maken allemaal gebruik van dezelfde RJ45-connectoren. Dit betekent dat elke kabel, ongeacht de standaard, zal bestaan uit 8 draden en 4 getwiste aderparen, hetgeen overeenkomt met de 8P8C-configuratie van de RJ45.

Cat5 is op dit moment grotendeels verouderd dankzij Cat5e-kabels die tot 10 keer sneller zijn dan Cat5 en beter bestand zijn tegen overspraak of interferentie. Verder verbetert Cat6 de bandbreedtecapaciteit ten opzichte van Cat5e, vermindert het overspraak en interferentie verder via afscherming, en blijft het compatibel met Cat5/5e. Hij wordt vaak gebruikt in netwerkinstallaties die Gigabit-snelheden nodig hebben. De nieuwere Cat6a is voorzien van een dikke kunststof behuizing voor een nog verdere vermindering van overspraak en maakt langere kabeltrajecten mogelijk tot 328 voet. Cat7 en Cat7a verhogen elk de bandbreedtecapaciteit.

Tabel 1: Specificaties ethernetkabelcategorie (Bron afbeelding: Same Sky)

Voeding via Ethernet (PoE = Power over Ethernet)

Naast het doorgeven van datasignalen bieden RJ45-connectoren de mogelijkheid om elektrische stroom te leveren aan de aangesloten apparaten door gebruik te maken van de ongebruikte getwiste draadparen in Ethernet-kabels. Deze Power over Ethernet (PoE) techniek wordt gedefinieerd door de IEEE standaard 802.3af en de versies daarvan die de vermogensafgifte steeds verder verbeteren.

Tabel 2: Power over Ethernet-normen (Bron afbeelding: Same Sky)

De mogelijkheid om gelijkstroom via deze draadparen te leveren, maakt afzonderlijke voedingsbedrading overbodig. Omdat er geen aparte elektrische kabels, stopcontacten of installatie nodig zijn, is PoE snel gegroeid dankzij de geboden kostenbesparingen en flexibiliteit. PoE is ook ontworpen om veilig, betrouwbaar en schaalbaar te zijn.

Afbeelding 2: PoE-injectoren leveren stroom aan op Ethernet aangesloten apparaten (bron: Same Sky)

T568A- en T568B-normen

T568A en T568B zijn de twee RJ45-pinout standaarden die de toewijzing van de 8 draden in de connector specificeren. Deze kleurgecodeerde draden moeten correct in hun gespecificeerde pinout-locaties worden gestoken voor een goede werking van een Ethernet-netwerk. T568A biedt achterwaartse compatibiliteit voor oudere bedrading en T568B levert betere signaalisolatie en bescherming tegen ruis. RJ45 doorsteekconnectoren maken het mogelijk de draden door de connector te voeren en ze tijdens het krimpen af te knippen voor een gemakkelijkere uitlijning.

Afbeelding 3: T568A en T568B-pinouts (Bron afbeelding: Same Sky)

Afbeelding 4: T568B-bedrading afgebeeld in een RJ45-connector (Bron afbeelding: Same Sky)

Welke norm geschikt is, hangt af van de individuele ontwerpbehoeften en van de vraag of een straight-through kabel of een crossover kabel wordt gebruikt. Straight-through (patchkabel) heeft dezelfde bedradingsnorm aan elk uiteinde, terwijl crossover-kabel dezelfde soorten apparaten verbindt door T568A aan het ene uiteinde en T568B aan het andere uiteinde te hebben. Gerolde of rollover-kabels zijn plat en verbinden apparaten met een consolepoort van een netwerkschakelaar. Zij worden alleen gebruikt om een interface tot stand te brengen en zenden geen gegevens uit.

Loopback en T1 zijn twee andere gebruikelijke termen die men kan horen. Loopback is een verbindingstype dat een computer in staat stelt een interface met zichzelf tot stand te brengen, wat kan worden gebruikt voor diagnostiek, probleemoplossing en verbinding met servers. T1-lijnen, die veel minder gangbaar zijn dan 15-20 jaar geleden, zijn speciale lijnen die rechtstreeks van een aanbieder van telecommunicatiediensten naar een eindgebruiker lopen, die hogere snelheden bieden en zowel spraak als gegevens kunnen overbrengen.

Definitieve ontwerpoverwegingen voor RJ45

RJ45 connectoren die een interface hebben met een Ethernet netwerk moeten bij het ontwerp rekening houden met een aantal technische overwegingen. Op het niveau van de printplaat ligt de nadruk op vermindering van EMI, behoud van de elektrische signaalisolatie en signaalintegriteit. Zonder al te diep in te gaan op de details van het circuitontwerp, is het belangrijk om goed te letten op de lengte en de positie van de sporen op de printplaat. Ook de fysieke plaatsing van de connectoren op de printplaat moet in aanmerking worden genomen.

Met magnetische onderdelen moet rekening worden gehouden als bedraad Ethernet in een ontwerp wordt opgenomen, aangezien deze zijn opgenomen in de Ethernet-specificatie voor 10/100/1000 Base-T netwerken. Magnetische onderdelen zijn draadgewonden componenten (zoals transformatoren) die EMI-afscherming bieden, bescherming bieden tegen storingen en transiënten, en elektrische isolatie en signaalbalancering bieden. Ze moeten geïsoleerd worden en zo dicht mogelijk bij RJ45-connectoren worden gehouden.

Er zijn twee mogelijkheden om magnetische onderdelen in een ontwerp op te nemen. Optie één is een RJ45-connector met geïntegreerde magneten in de behuizing. RJ45 magnetische aansluitingen bieden de voordelen van een betere EMI-afscherming en betrouwbaardere verbindingen. De tweede optie is het toevoegen van een magnetische module aan de PCB tussen de PHY (Ethernet implementatie) chip en de gewone RJ45 aansluiting. Magnetische modules zijn doorgaans goedkoper dan geïntegreerde connectoren en bieden een betere bescherming tegen elektrostatische ontlading (ESD). Beide opties hebben voor- en nadelen die moeten worden afgewogen op basis van het totale systeemontwerp.

Conclusie

Net als andere modulaire connectoren bieden RJ45 connectoren gemakkelijke ontwerpmogelijkheden, snelle en gemakkelijke installatie, een breed productassortiment en toegankelijkheid voor de gebruiker. Zij zijn wereldwijd aanvaard voor zowel thuis- als kantoornetwerktoepassingen en vinden steeds meer ingang op de fabrieksvloer en in veeleisende omgevingen.

Same Sky biedt een brede waaier van RJ45-connectoren met een verscheidenheid van opties, waaronder geïntegreerde magnetica, PoE, LED-indicatoren, en nog veel meer.