RJ45-kontakter – dette må du vite

Etter at AT&T introduserte disse på 1960-tallet for å erstatte store telefonkontakter, har modulkontakter blitt en viktig del av kommunikasjons- og datatjenester over hele verden. Selv om de i utgangspunktet ble laget for telefonforbindelser, utvidet RJ-kontakter (RJ – registered jack) seg gjennom årene til å også inkludere datakommunikasjon. Dette førte til det som kanskje er den mest anerkjente modulære kontakten i dag, RJ45-kontakten, som brukes i datanettverksinstallasjoner og vanligvis kalles en Ethernet-kontakt. Selv om denne kontakten er mye brukt, har artikkelen som mål å gi en grundig oversikt over alle RJ45-kontakter, inkludert grunnleggende funksjoner og egenskaper, bruksområder, standarder, med mer.

Grunnleggende om RJ45

RJ45-kontakter er i hovedsak modulære sammenkoblingsenheter som er kombinert med en kabel som leverer datakommunikasjon til ulike elektroniske systemer. De inneholder 8 kontakter og 8 ledningsposisjoner som brukes til signaler eller strøm, noe som betyr at de kan brukes med 4 tvunnede ledningspar. Selv om dette oppsettet med 8 kontakter og 8 posisjoner gjør at de ligner andre 8P8C-kontakter, har faktiske RJ45-kontakter også en flik som kun muliggjør innsetting av enheten i én retning med et kompatibelt uttak for å forhindre feiltilkoblinger. Selv om de fleste 8P8C-kontaktene kalles RJ45, er ikke dette helt nøyaktig siden 8P8C-kontakter kan kobles til i RJ45-uttak, mens RJ45-kontakter ikke kan kobles til i 8P8C-uttak.

I likhet med alle andre modulære kontakter, tilbyr RJ45-kontakter en rekke fordeler, for eksempel lave kostnader, loddefri montering av kontakt og ledninger, rask produksjon av tilpassede kabler, enkel innsetting og fjerning, lett feltmontering med enkle verktøy og muligheten til å tilpasse kabler på stedet. Utenom disse grunnleggende fordelene, kan RJ45-kontakter også tilby flere tilleggsfunksjoner, deriblant:

• Skjerming – annulerer virkningene av EMI/RFI
• Kilespor – sørger for korrekt innsetting
• Forskjellige monteringsmuligheter – muliggjør panel-, kort-, overflate- eller hullmontering
• Skjermer og viserinnretninger – indikerer tilkoblingsstatus
• Integrert magnetikk – gir bedre skjerming samt strømbeskyttelse
• Hi-Rel – beskytter maskinvaren og tilkoblingen

RJ45-bruksområder og -konstruksjoner

RJ45-kontakter brukes som regel til å koble én Internett-aktivert enhet til en annen nettverksenhet. For eksempel en PC koblet til en server, ruter, modem, smart-TV, spillkonsoll eller en hvilken som helst annen enhet som bruker Ethernet-protokoll. Den fastkoblede tilkoblingen som RJ45-kontakter leverer, gir raskere datahastigheter, forbedret stabilitet og bedre sikkerhet. Dette gjør RJ45-tilkoblinger attraktive for både profesjonell og personlig bruk.

Figur 1: RJ45-kontakter finnes i en rekke nettverksenheter (Bildekilde: Same Sky)

Tillagte funksjoner og egenskaper, for eksempel økt hastighet og robusthet, for RJ45-produktlinjen har også gjort dette sammenkoblingssystemet aktuelt for bruk utenfor kontor- eller hjemmenettverk, mens introduksjonen av EtherCAT-protokollen har ført til økt bruk på blant annet fabrikkgulv. Noen av de nyere konstruksjonene som bruker RJ45-teknologien, omfatter:

• Fabrikkautomasjon
• Industriell prosesstyring
• Industriell robotikk (produksjon og montering)
• Test- og målesystemer
• Systemer for kvalitetskontroll
• VOIP (Voice Over Internet Protocol)-systemer og -enheter
• Tingenes Internett (IoT)-nettverksenheter

Introduksjon til RJ45-kontaktstandarder

Det finnes flere gjeldende standarder for RJ45-kontakter, avhengig av bruksområde og tiltenkt bruk. Disse gjeldende standardene er kort oppsummert her, men flere standarder vil bli skissert mer detaljert senere:

• ANSI/TIA 1096-A – dekker de grunnleggende mekaniske egenskapene, fysiske dimensjonene og kontaktkravene for RJ45-enheter
• T-568A og T-568B – de grunnleggende standardene for kabling og uttakspinner
• IEEE 802.3at, 802.3af og 802.3bt – de forskjellige strøm-over-Ethernet (PoE – Power over Ethernet)-standardene for RJ45-kontakter som kan forsyne elektrisk strøm til endeenheten
• IEEE 1394 – datagrensesnittbusstruktur som brukes med RJ45

En rekke andre standarder definerer kablene eller ledningene som brukes for RJ45-enheter, som igjen i stor grad er avhengig av den endelige bruken.

Ethernet og EtherCAT

RJ45 og Ethernet er to begreper som går hånd i hånd. Ethernet-standarden (IEEE 802.3) ble utviklet av IEEE på 1980-tallet og definerer reglene for konfigurasjon av et Ethernet-nettverk (tilkoblinger), antall ledere som kreves for en tilkobling, forventet ytelse og et rammeverk for dataoverføring. Det er fortsatt den mest brukte og mest populære LAN-teknologien i verden takket være brukervennligheten, kostnadene, hastighetene og den brede nettverksprotokollstøtten, og RJ45-kontakter er standardenhetene som brukes i nettverkskonfigurasjon.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) ble introdusert i 2003 og er en svært fleksibel nettverksprotokoll som brukes av bransjen for fabrikkautomasjon, testing og måling i sanntid, med mer. Den er definert av IEC-standard 61158 og fungerer med høye hastigheter og stor effektivitet. EtherCAT-nettverk benytter to RJ45-porter uten at det kreves annen spesiell maskinvare. En RJ45 er koblet til den forrige noden i nettverket, og den andre er koblet til den neste noden, noe som muliggjør effektiv bruk av båndbredde.

Ethernet-kablingskategorier

Kabling som brukes i Ethernet- og EtherCAT-nettverk tilbys i flere forskjellige typer, fra Cat5 og Cat6 til nåværende Cat7 og til og med den nye Cat8. Hver av disse kabelstandardene tilbyr svært forskjellige ytelsesmålinger, men alle bruker fortsatt de samme RJ45-kontaktene. Dette betyr at hver kabel, uavhengig av standarden, vil bestå av 8 ledninger og 4 tvunnede ledningspar, som samsvarer med RJ45 sin 8P8C-konfigurasjon.

Cat5 er stort sett foreldet i disse dager takket være Cat5e-kabler som er opptil 10 ganger raskere enn Cat5 og gir bedre motstand mot krysstale eller interferens. Videre vil Cat6 forbedre båndbreddekapasiteten sammenlignet med Cat5e, redusere krysstale og interferens via skjerming og fortsatt være bakoverkompatibel med Cat5/5e. Den brukes ofte i nettverksinstallasjoner som trenger gigabithastigheter. Den nyere Cat6a-kabelen har et tykt plastomslag som gir ytterligere reduksjon av krysstale og gir mulighet for lengre kabeltrekk på opptil 100 meter (328 fot). Cat7 og Cat7a øker hver båndbreddekapasiteten trinnvis.

Tabell 1: Kategorispesifikasjoner for Ethernet-kabler (Bildekilde: Same Sky)

Strøm over Ethernet (PoE – Power over Ethernet)

I tillegg til å overføre datasignaler, gir RJ45-kontakter muligheten til å forsyne elektrisk strøm til de tilkoblede enhetene ved å dra nytte av de ubrukte tvunnede ledningsparene i Ethernet-kabler. Denne Strøm over Ethernet (PoE)-teknikken er definert av IEEE-standarden 802.3af og iterasjoner av denne, som fortsetter å øke kapasiteten for strømforsyning.

Tabell 2: Standarder for Strøm over Ethernet (Bildekilde: Same Sky)

Muligheten til å forsyne likestrøm over disse ledningsparene eliminerer behovet for separate strømkabler. PoE har ikke behov for separate elektriske kabler, uttak eller installering, og har vokst raskt takket være disse kostnadsbesparelsene og fleksibiliteten. PoE er også utformet for å være trygt, pålitelig og skalerbart.

Figur 2: PoE-injektorer leverer strøm til Ethernet-tilkoblede enheter (Bildekilde: Same Sky)

T568A- og T568B-standarder

T568A og T568B er de to standardene for RJ45-uttakspinner som spesifiserer tildelingen av de 8 ledningene i kontakten. Disse fargekodede ledningene må settes riktig inn i de angitte uttakspinnene for at et Ethernet-nettverk skal fungere som det skal. T568A tilbyr bakoverkompatibilitet for eldre ledninger, og T568B gir bedre signalisolasjon og støybeskyttelse. RJ45-gjennomføringskontakter gjør det mulig å mate ledningene gjennom kontakten og trimme dem under krympeprosessen for å oppnå enklere justering.

Figur 3: T568A- og T568B-uttakspinner (Bildekilde: Same Sky)

Figur 4: T568B-kabling vist i en RJ45-kontakt (Bildekilde: Same Sky)

Å avgjøre hvilken standard som er egnet, vil avhenge av individuelle konstruksjonsbehov og om en rett gjennomgående kabel eller krysskabel (crossover cable) brukes. Rett gjennomgående kabel (patch-kabel) har samme ledningsstandard i hver ende, mens krysskabel kobler til samme type enheter ved å ha T568A i den ene enden og T568B i den andre enden. Valsekabler (rolled cable) eller rollover-kabler er flate og kobler enheter til en nettverkssvitsj-konsollport. De brukes bare til å etablere et grensesnitt, og de overfører ikke data.

Loopback og T1 er to andre vanlige begreper som kan dukke opp. Loopback er en type tilkobling som gjør det mulig for en datamaskin å kommunisere med seg selv, og som kan brukes til diagnostikk, feilsøking og tilkobling til servere. T1-linjer er, selv om de er langt mindre vanlige i dag enn for 15–20 år siden, dedikerte linjer direkte fra en teletjenesteleverandør til en sluttbruker, som tilbyr høyere hastigheter og kan bære både tale og data.

Endelige konstruksjonsfaktorer å ta hensyn til for RJ45

RJ45-kontakter som vil la seg kombinere med et Ethernet-nettverk, har flere tekniske faktorer som må tas hensyn til under konstruksjon. På kortnivå ligger fokuset på å redusere elektromagnetisk interferens (EMI), bevare elektrisk signalisolasjon og opprettholde signalintegritet. Vi skal ikke dykke alt for dypt ned i detaljene om kretsdesign, men det er viktig å være nøye med lengden og plasseringen av spor på kortet. Fysisk plassering av kontaktene på kretskortet bør også tas i betraktning.

Når det kommer til magnetikk , må dette tas i betraktning hvis du legger til kablet Ethernet i en konstruksjon, da disse er inkludert i Ethernet-spesifikasjonen for 10/100/1000 Base-T-nettverk. Magnetikk er trådviklede komponenter (for eksempel transformatorer) som gir EMI-skjerming, beskytter mot feil og transienter og tilbyr elektrisk isolasjon og signalbalansering. De må isoleres og holdes så nærme RJ45-kontakter som mulig.

Det er to alternativer når det kommer til å legge til magnetikk i en konstruksjon. Alternativ én er å velge en RJ45-kontakt med integrert magnetikk i huset. RJ45-magnetikkontakter tilbyr forbedret EMI-skjerming og mer pålitelige tilkoblinger. Det andre alternativet er å legge til en magnetikkmodul på kretskortet mellom PHY (Ethernet-implementasjon)-brikken og den vanlige RJ45-kontakten. Magnetikkmoduler har en tendens til å være billigere enn integrerte kontakter, og tilbyr samtidig bedre beskyttelse mot elektrostatisk utladning (ESD – electrostatic discharge). Begge alternativene har fordeler og ulemper som må veies opp mot hverandre basert på den generelle systemkonstruksjonen.

Konklusjon

I likhet med andre modulære kontakter, tilbyr RJ45-kontakter enkel konstruksjonsplanlegging, rask og enkel installasjon, god produktbredde og brukertilgjengelighet. De har blitt akseptert over hele verden for nettverksinstallasjoner i både hjem og kontor, og de finner stadig økende aksept på fabrikkgulv og i tøffe omgivelser.

Same Sky tilbyr et bredt spekter av RJ45-kontakter med en rekke alternativer, for eksempel integrert magnetikk, PoE, lysdiodeviserinnretninger, med mer.