|
作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 應用工程和運動控制部門副總裁 模塊化連接器在 20 世紀 60 年代由 AT&T 公司推出，以取代笨重的電話連接器，目前已成為全球通信和數據服務的主力軍。雖然最初以電話連接為目標，但隨著時間的推移，標準插孔 (RJ) 連接器也擴展到了數據通信。這成就了今天可能是最常見的模塊化連接器——RJ45 連接器。它們廣泛用于計算機網絡應用，通常稱為以太網連接器。雖然使用廣泛，但本文旨在深度揭示 RJ45 連接器的所有方面，包括其基本特征和功能、應用、標準等等。 RJ45 基礎知識 在最基本的層面上，RJ45 連接器就是一種與電纜配對的模塊化互連裝置，能夠向各種電子系統提供數據通信。它們包含 8 個觸頭和 8 個用于信號或電源的導線位置，這意味著它們允許連接 4 個雙絞線對。盡管這種 8 個觸頭、8 個位置的設置使得它們與其他 8P8C 連接器相似，但實際的 RJ45 連接器還有一個凸片，只允許在一個方向上將器件插入兼容的插座，以防止連接不當。雖然大多數 8P8C 連接器被稱為 RJ45，但這并不完全準確，因為 8P8C 連接器可以插入 RJ45 插座，但 RJ45 連接器不能插入 8P8C 插座。 與任何 模塊化連接器 一樣，RJ45 連接器具有多種優勢，如成本低、無焊連接器裝配和接線、快速生產定制電纜、簡單的插入和拆除、用簡單的工具輕松進行現場裝配，以及現場定制電纜的能力。除這些基本優勢之外，RJ45 連接器還可以提供一些額外的功能，包括： · 屏蔽 – 消除了 EMI/RFI 影響 · 鍵控 – 確保了正確插入 · 多種安裝能力 – 允許采用面板、電路板、表面或通孔方法 · 顯示屏和指示器 – 顯示連接狀態 · 集成磁性元件 – 可以實現更好的屏蔽和電流保護 · 高可靠性 – 為硬件和連接提供保護 RJ45 的用途和應用 RJ45 連接器最常用于連接一個實現互聯網連接的設備和另一個網絡設備。例如，連接到服務器、路由器、調制解調器、智能電視、游戲機或任何利用以太網協議的設備的 PC。RJ45 連接器提供的硬接線連接允許更大的數據速度，改善穩定性并提高安全性。這使得 RJ45 連接對專業用途和個人使用都有吸引力。 
圖 1：RJ45 連接器在眾多網絡設備中很常見（圖片來源：CUI Devices）。 RJ45 產品系列增加了像更高速度和堅固性這樣的特性和功能后，使得這種互連系統更加適合用于辦公室或家庭網絡以外的用途，而 EtherCAT 協議的引入則使之在工廠車間和其他地方的使用也越來越多。使用 RJ45 技術的一些較新應用包括： · 工廠自動化 · 工業過程控制 · 工業機器人技術（制造和裝配） · 測試與計量系統 · 質量控制體系 · 互聯網協議語音 (VOIP) 系統和設備 · 物聯網 (IoT) 網絡設備 RJ45 連接器標準介紹 對于 RJ45 連接器，有多個適用的標準，具體適用那個標準取決于其應用和預期用途。這里簡要地總結了這些適用的標準，但有幾個標準將在后面更詳細地介紹。 · ANSI/TIA 1096-A – 包括 RJ45 器件的基本機械特征、物理尺寸和接觸要求 · T-568A和T-568B – 基本接線和引腳分配標準 · IEEE 802.3at、802.3af 和 802.3bt – RJ45 連接器的各種以太網供電 (PoE) 標準，能夠向終端設備提供電流 · IEEE 1394 – 與 RJ45 一起使用的數據接口總線結構 其他各種標準規定了 RJ45 器件使用的電纜或電線，同樣也主要取決于最終應用。 以太網和 EtherCAT RJ45 和以太網是兩個相輔相成的術語。由 IEEE 在 20 世紀 80 年代制定的以太網標準 (IEEE 802.3) 定義了配置以太網網絡（連接）的規則、連接所需的導體數量、預期性能和數據傳輸框架。它仍然是世界上使用最廣泛和最受歡迎的局域網技術，因為它易于使用、成本低、速度快，而且支持廣泛的網絡協議，RJ45 連接器是網絡安裝中使用的標準器件。 2003 年推出的控制自動化技術以太網 (EtherCAT) 是一個高度靈活的網絡協議，被業界用于實時工廠自動化、測試和計量等方面。它由 IEC 標準 61158 定義，工作在高速度下，效率很高。EtherCAT 網絡利用兩個 RJ45 端口，不需要其他特殊硬件。一個 RJ45 連接到網絡中的前一個節點，另一個連接到下一個節點，這樣就可以有效地利用帶寬。 以太網布線類別 用于以太網和 EtherCAT 網絡的布線有多種不同的類型，從 Cat5 和 Cat6 到現在的 Cat7，甚至是新的 Cat8。每種電纜標準都提供了大不相同的性能指標，但都仍然利用相同的 RJ45 連接器。這意味著每條電纜，不管是哪種標準，都由 8 根線和 4 對雙絞線組成，這與 RJ45 的 8P8C 配置相匹配。 由于 Cat5e 電纜的速度比 Cat5 快 10 倍，并且具有更好的抗串擾或干擾能力，Cat5 在這一點上大多已經過時。接下來，Cat6 比 Cat5e 又提高了帶寬容量，通過屏蔽進一步減少串擾和干擾，并保持向后兼容 Cat5/5e。它經常用于需要千兆位速度的網絡安裝中。較新的 Cat6a 采用了厚的塑料外殼，進一步減少了串擾，并允許更長的電纜運行，最長可達 328 英尺。Cat7 和 Cat7a 也分別增加了帶寬容量。
表 1：以太網電纜類別規格（圖片來源：CUI Devices） 以太網供電 (PoE) 除了轉發數據信號外，RJ45 連接器還能利用以太網電纜中未使用的雙絞線對，向所連接的設備提供電力。這種以太網供電 (PoE) 技術是由 IEEE 標準 802.3af 及其迭代版本所定義的，持續提高了電力輸送能力。
表 2：以太網供電標準（圖片來源：CUI Devices） 能夠通過這些線對提供直流電消除了對單獨進行電源接線的需要。由于不需要單獨的電線、插座或安裝，PoE 已經迅速普及，正是因為它帶來了成本節約和靈活性。而且 PoE 的設計更安全、可靠和可擴展。
圖 2：PoE 供電器為以太網連接的設備提供電力（圖片來源：CUI Devices） T568A 和 T568B 標準 T568A 和 T568B 是兩個 RJ45 引腳分配標準，規定了連接器內 8 條線的分配。這些彩色編碼導線必須正確插入其指定的引腳分配位置，以保證以太網的正常運行。T568A 為舊的接線提供向后的兼容性，T568B 提供了更好的信號隔離和噪音保護。RJ45 直通式連接器允許導線穿過連接器，并在壓接過程中進行修剪，以便更容易對齊。
圖 3：T568A 和 T568B 引腳分配（圖片來源：CUI Devices）
圖 4：RJ45 連接器中顯示的 T568B 接線（圖片來源：CUI Devices） 決定哪種標準合適，將取決于個人的設計需求以及是否使用直通電纜或交叉電纜。直通電纜（跳線）在兩端都采用相同的接線標準，而交叉電纜則在一端采用 T568A 和另一端采用 T568B ，且用于連接同類型設備。反轉線是扁平的，將設備連接到網絡交換機的控制臺端口。它們只用于建立一個接口，不傳輸數據。 環回和 T1 是另外兩個可能聽到的常用術語。環回是一種允許計算機與自身連接的連接方式，可用于診斷、排除故障和與服務器連接。T1 線路雖遠不如 15-20 年前常用，但它是直接從電信服務提供商到最終用戶的專用線路，擁有更高的速度，可以同時傳輸語音和數據。 RJ45 的最終設計考慮 設計時要將 RJ45 連接器與以太網網絡對接需要注意多個技術問題。在板級，重點是減少 EMI，保持電信號隔離，并保持信號完整性。如果無法深入研究電路設計細節，那么密切關注電路板上導線的長度和位置就很重要。另外還應考慮 PCB 上連接器的物理位置。 之于磁性元件，如果在設計中加入了有線以太網，就必須考慮，因為 10/100/1000 Base-T 網絡的以太網規范中就包括了磁性元件。磁性元件是繞線元件（如變壓器），提供 EMI 屏蔽，防止故障和瞬態，并提供電氣隔離和信號平衡。它們必須被隔離，并盡可能地靠近 RJ45 連接器。 在設計中加入磁性材料有兩種選擇。選項一是選擇一個在外殼中集成磁性元件的 RJ45 連接器。RJ45 磁性插孔具有改進 EMI 屏蔽和連接更可靠的優點。第二個選擇是在 PHY（以太網實現）芯片和普通 RJ45 插口之間的 PCB 上添加一個磁性模塊。磁性模塊往往比集成連接器便宜，同時能提供更好的靜電放電 (ESD) 保護。這兩種選擇各有優缺點，需要根據整體系統設計進行權衡。 結語 與其他模塊化連接器一樣，RJ45 連接器帶來了簡單的設計導入、快速和簡便的安裝、產品的廣泛性和用戶的易用性。它們已為世界各地的家庭和辦公室網絡應用所接受，并正在不斷為工廠車間和惡劣環境所接受。 CUI Devices 提供各種 RJ45 連接器，具有多種選件，包括集成磁性元件、PoE、LED 指示燈等。 |
