คู่มือทางเทคนิคที่ครอบคลุมเกี่ยวกับตัวเชื่อมต่อ RJ45 ครอบคลุม 8P8C กับ RJ45, แม่เหล็ก, การป้องกัน, ประสิทธิภาพของ Cat6A, ขีดจำกัดความร้อน PoE และการเลือกซัพพลายเออร์ OEM
บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคที่คำนึงถึงด้านการจัดซื้อจัดจ้างเป็นอันดับแรกทางวิศวกรรมสำหรับขั้วต่อ RJ45- มันอธิบายว่าจริงๆ แล้วตัวเชื่อมต่อ RJ45 คืออะไร เหตุใดจึงใช้คำนี้8P8Cเรื่องสำคัญ เมื่อใดควรใช้การออกแบบที่มีฉนวนกับไม่มีฉนวน วิธีการรวมแม่เหล็ก (แม็กแจ็ค) ความหมายของประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของ Cat6A และ 10G ที่ระดับตัวเชื่อมต่อ วิธีที่ PoE ส่งผลต่อพฤติกรรมกระแสไฟและความร้อน และวิธีการคัดเลือกซัพพลายเออร์ OEM ที่เชื่อถือได้
มันเขียนไว้เพื่อวิศวกรฮาร์ดแวร์ ผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์ วิศวกร OEM และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดหาที่ต้องการคำแนะนำทางเทคนิคที่แม่นยำมากกว่าคำอธิบายทางการตลาด
ในระบบเครือข่ายสมัยใหม่ “RJ45” มักใช้เพื่ออธิบายคอนเนคเตอร์โมดูลาร์ 8 ตำแหน่ง 8 หน้าสัมผัส (8P8C)ใช้สำหรับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ต พูดอย่างเคร่งครัด,อาร์เจ45มีต้นกำเนิดมาจากข้อกำหนดการเดินสายแจ็คที่ลงทะเบียนในขณะที่8P8Cหมายถึงฟอร์มแฟคเตอร์ทางกายภาพของตัวเชื่อมต่อ
ในเอกสารทางวิศวกรรม8P8Cเป็นศัพท์เฉพาะทางเทคนิคสำหรับตัวเชื่อมต่อนั่นเองอาร์เจ45ยังคงเป็นชื่ออุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับในบริบทของอีเธอร์เน็ต
โดยทั่วไปตัวเชื่อมต่อ RJ45 หมายถึงตัวเชื่อมต่อโมดูลาร์ 8 ตำแหน่ง 8 หน้าสัมผัส (8P8C) ที่ใช้สำหรับสายเคเบิลอีเธอร์เน็ต เช่น Cat5e, Cat6 และ Cat6A ซึ่งเป็นอินเทอร์เฟซมาตรฐานสำหรับการส่งสัญญาณคู่บิดที่สมดุล
ตัวเชื่อมต่อ RJ45 มีหน้าสัมผัสแปดช่องที่จัดเรียงเพื่อรองรับคู่บิดสี่คู่ การใช้การส่งสัญญาณอีเทอร์เน็ตคู่ดิฟเฟอเรนเชียลที่สมดุลเพื่อลดเสียงรบกวนและ EMI
สำหรับ Gigabit Ethernet ขึ้นไปมีการใช้งานทั้งสี่คู่- T568A และ T568B กำหนดการแมปสีต่อพินที่เป็นมาตรฐาน ทั้งสองมีความเท่าเทียมกันทางไฟฟ้าเมื่อใช้อย่างสม่ำเสมอ
พารามิเตอร์ทั่วไปที่คุณจะพบ ได้แก่:
สำหรับการออกแบบ Cat6A และ 10GBase-Tการสูญเสียการส่งคืนระดับตัวเชื่อมต่อและประสิทธิภาพถัดไปมีอิทธิพลอย่างมากต่อการปฏิบัติตามช่องทางโดยรวม
ขั้วต่อ SMT RJ45ได้รับการออกแบบสำหรับการประกอบแบบหยิบและวางแบบอัตโนมัติและการบัดกรีแบบรีโฟลว์ โดยทั่วไปจะมีโปรไฟล์ที่ต่ำกว่าและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงร่าง PCB ความหนาแน่นสูงซึ่งมักพบใน NIC อุปกรณ์เครือข่ายขนาดกะทัดรัด และระบบฝังตัว การยึดเชิงกลอาศัยข้อต่อบัดกรีเป็นหลัก และในบางการออกแบบ อาจต้องใช้เสายึด PCB เสริม
แบบดั้งเดิมขั้วต่อ RJ45 ผ่านรูใช้พินที่ผ่าน PCB อย่างสมบูรณ์และบัดกรีโดยใช้การบัดกรีแบบคลื่นหรือกระบวนการบัดกรีแบบเลือกสรร โครงสร้างนี้ให้ความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยมและความต้านทานการดึงออก ทำให้ตัวเชื่อมต่อ THT เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่มีรอบการผสมพันธุ์สูง การเสียบสายเคเบิลบ่อยครั้ง หรือสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง
ขั้วต่อ THR RJ45รวมความทนทานเชิงกลของเทคโนโลยีรูเจาะเข้ากับประสิทธิภาพกระบวนการของชุดประกอบ reflow SMT ในการออกแบบ THR สายของตัวเชื่อมต่อจะผ่านรู PCB ที่ชุบไว้ แต่จะถูกบัดกรีในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์มาตรฐาน แทนที่จะบัดกรีแบบคลื่น
วิธีการแบบไฮบริดนี้ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถรักษาการคงสภาพทางกลที่แข็งแกร่งไว้ได้ ในขณะเดียวกันก็ทำให้สายการผลิตง่ายขึ้น และช่วยให้สามารถประกอบชิ้นส่วนแบบรีโฟลว์สองด้านแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบได้
แบบอย่าง: LPJG0926HENLS4R
ขั้วต่อ THR RJ45 ที่มีแม่เหล็กในตัว โครงสร้างหุ้มฉนวน และการป้องกัน EMI ที่ได้รับการปรับปรุง รุ่นนี้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชัน Gigabit Ethernet และ PoE+โดยที่จำเป็นต้องมีทั้งความทนทานทางกลและการประกอบแบบรีโฟลว์แบบอัตโนมัติ
(โปรดดูเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์สำหรับเส้นโค้งทางไฟฟ้าโดยละเอียด ประสิทธิภาพการระบายความร้อน และรอยเท้า PCB ที่แนะนำ)
ขั้วต่อ RJ45 มีจำหน่ายในทิศทางเชิงกลหลายแบบ เพื่อรองรับข้อจำกัดของกล่องหุ้มและโครงร่าง PCB ที่แตกต่างกัน:
การตัดสินใจวางแนวและการวางซ้อนส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการกำหนดเส้นทาง PCB, การไหลเวียนของอากาศ, ประสิทธิภาพของ EMI และการใช้งานแผงด้านหน้า
ความแตกต่างหลักระหว่างป้องกันและขั้วต่อ RJ45 ที่ไม่มีการหุ้มฉนวนอยู่ที่ความสามารถในการควบคุมการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย
ขั้วต่อ RJ45 แบบชีลด์รวมเปลือกโลหะหรือชีลด์ในตัวที่ทำงานร่วมกับสายเคเบิลตีเกลียวคู่ที่มีชีลด์ (STP, FTP หรือ S/FTP) เมื่อนำไปใช้อย่างเหมาะสม การป้องกันจะช่วยลด EMI ภายนอก ปรับปรุงประสิทธิภาพการสูญเสียกลับและสัญญาณข้าม และเพิ่มความทนทานของระบบในสภาวะที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า เช่น โรงงานอุตสาหกรรม ระบบอัตโนมัติในโรงงาน และการติดตั้งโดยใช้สายเคเบิลยาวหรือแหล่ง RF ที่แข็งแกร่ง
ขั้วต่อ RJ45 ที่ไม่มีการหุ้มฉนวนซึ่งใช้กับสายเคเบิล UTP อาศัยโครงสร้างคู่บิดที่สมดุลของการส่งสัญญาณอีเธอร์เน็ตเพื่อการปฏิเสธสัญญาณรบกวนเท่านั้น มีความเรียบง่ายในการก่อสร้าง ลดต้นทุน และเพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่ในสำนักงาน เชิงพาณิชย์ และที่มีการควบคุม ซึ่งระดับ EMI อยู่ในระดับปานกลาง
| มิติ | ขั้วต่อ RJ45 แบบชีลด์ | ขั้วต่อ RJ45 ที่ไม่มีฉนวนหุ้ม |
|---|---|---|
| โครงสร้างโล่ | เปลือกโลหะหรือแผงป้องกัน EMI ในตัว | ไม่มีการป้องกันภายนอก |
| ความเข้ากันได้ของสายเคเบิล | สายคู่บิดเกลียว STP / FTP / S/FTP | สายคู่ตีเกลียว UTP |
| ความต้านทานอีเอ็มไอ | สูง — มีประสิทธิภาพในการป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจากภายนอก | ปานกลาง — อาศัยการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันเท่านั้น |
| ส่งคืนการสูญเสีย & crosstalk | โดยทั่วไปจะดีขึ้นเมื่อต่อสายดินอย่างเหมาะสม | เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมสำนักงานและศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่ |
| ข้อกำหนดการต่อลงดิน | บังคับ — ต้องยึดเกราะเข้ากับกราวด์แชสซี | ไม่จำเป็น |
| เสี่ยงหากนำไปใช้ในทางที่ผิด | การต่อสายดินที่ไม่ดีอาจทำให้ประสิทธิภาพของ EMI แย่ลงได้ | ความเสี่ยงต่ำ การดำเนินการที่ง่ายกว่า |
| ความซับซ้อนของเค้าโครง PCB | สูงกว่า — ต้องใช้แผ่นป้องกันและการออกแบบเส้นทางกราวด์ | ต่ำกว่า — รอยเท้าที่เรียบง่ายกว่า |
| ความซับซ้อนในการประกอบ | สูงกว่า — ต้องตรวจสอบความต่อเนื่องของการต่อสายดิน | ต่ำกว่า |
| การใช้งานทั่วไป | อีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม ระบบอัตโนมัติในโรงงาน สายเคเบิลยาว สภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง | เครือข่ายสำนักงาน ไอทีระดับองค์กร ศูนย์ข้อมูลที่มีการควบคุม |
| ค่าใช้จ่าย | สูงกว่า | ต่ำกว่า |
| คำแนะนำการออกแบบ | ใช้เมื่อเงื่อนไข EMI เหมาะสมต่อการป้องกันเท่านั้น | ตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับการออกแบบอีเทอร์เน็ตส่วนใหญ่ |
แม่เหล็กแบบรวม—ที่เรียกกันทั่วไปว่าแม็กแจ็ค—รวมส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่ต้องการอีเธอร์เน็ตหลายตัวไว้ภายในตัวเรือนตัวเชื่อมต่อ RJ45 โดยตรง โดยทั่วไปส่วนประกอบเหล่านี้ประกอบด้วย:
ก็ร่วมกันจัดให้การแยกกัลวานิกการปรับสภาพสัญญาณ และการลดเสียงรบกวนในโหมดทั่วไประหว่าง Ethernet PHY และสายเคเบิลภายนอก ฟังก์ชันเหล่านี้จำเป็นสำหรับอินเทอร์เฟซอีเทอร์เน็ตที่สอดคล้องกับมาตรฐาน IEEE และโดยปกติจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยทางไฟฟ้าและมาตรฐาน EMC
ด้วยการรวมแม่เหล็กเข้ากับแจ็ค RJ45 ผู้ออกแบบจึงสามารถลดความซับซ้อนของโครงร่าง PCB และลดค่าวัสดุโดยรวม (BOM) ได้อย่างมาก
จากมุมมองด้านไฟฟ้าและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ แม่เหล็กในตัวทำหน้าที่สำคัญหลายประการ:
หากไม่มีแม่เหล็กที่เหมาะสม—บูรณาการหรือแยกจากกัน—การสื่อสารอีเธอร์เน็ตที่เชื่อถือได้จะไม่สามารถทำได้
การใช้ magjacks มีข้อดีในทางปฏิบัติหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบที่กะทัดรัดหรือคุ้มค่าที่สุด:
ประโยชน์เหล่านี้ทำให้แม็กแจ็คมีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการผลิตในปริมาณมาก
แม้จะมีข้อได้เปรียบ แต่แม่เหล็กในตัวก็ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดเสมอไป
ข้อเสียเปรียบที่สำคัญ ได้แก่ :
เมื่อประเมินเอกสารข้อมูล magjack วิศวกรควรตรวจสอบอย่างรอบคอบ:
พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ ส่วนต่างของ EMC และการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย
| ด้าน | แม่เหล็กแบบรวม (Magjack) | แม่เหล็กแยก |
|---|---|---|
| พื้นที่ PCB | น้อยที่สุด | รอยเท้าที่ใหญ่ขึ้น |
| ความซับซ้อนของ BOM | ต่ำ | สูงกว่า |
| ความพยายามในการจัดวาง | ตัวย่อ | ซับซ้อนมากขึ้น |
| ความยืดหยุ่นในการออกแบบ | จำกัด | สูง |
| การปรับความร้อน | ที่ตายตัว | ปรับได้ |
| การใช้งานทั่วไป | การออกแบบที่กะทัดรัดและมีปริมาณมาก | การออกแบบ PHY แบบกำหนดเองหรือประสิทธิภาพสูง |
กรณีการใช้งานที่แนะนำ:
พิจารณาสนามแม่เหล็กแยกเมื่อ:
การให้คะแนนหมวดหมู่อีเธอร์เน็ต เช่นCat5e, Cat6 และ Cat6Aถูกกำหนดโดยมาตรฐานสายเคเบิลที่มีโครงสร้าง (TIA / ISO) และอธิบายประสิทธิภาพของโดเมนความถี่ไม่ใช่อัตราข้อมูลเพียงอย่างเดียว
แต่ละหมวดหมู่จะระบุความถี่ในการทำงานสูงสุดและขีดจำกัดทางไฟฟ้าสำหรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น:
ตัวอย่างเช่น,Cat6Aถูกกำหนดไว้ถึง500 เมกะเฮิรตซ์และได้รับการออกแบบเพื่อรองรับ10GBase-Tช่องทางเชื่อมต่อตลอด 100 เมตร—โดยมีเงื่อนไขว่าสายเคเบิล ขั้วต่อ และขั้วต่อทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดประเภท-
เอกสารข้อมูลทางเทคนิคของตัวเชื่อมต่อ RJ45จึงรวมข้อมูลการทดสอบขึ้นอยู่กับความถี่เพื่อแสดงให้เห็นถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนดในระดับส่วนประกอบ
ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือการจับคู่ความเร็วอีเทอร์เน็ตกับหมวดหมู่โดยตรง ในทางปฏิบัติ:
สำหรับการออกแบบทองแดง 10Gขั้วต่อ RJ45 ที่ได้รับการจัดอันดับ Cat6Aขอแนะนำอย่างยิ่งเพื่อรักษาอัตรากำไรขั้นต้นที่เพียงพอสำหรับอุณหภูมิ ความแปรผันของการผลิต และอายุ
เมื่อเลือกตัวเชื่อมต่อ RJ45 ตามหมวดหมู่ ให้พิจารณาแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดต่อไปนี้:
1. การกำหนดเป้าหมาย10GBase-T-
เลือกขั้วต่อ Cat6A และสายเคเบิล Cat6A ที่ตรงกันเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของช่องสัญญาณแบบเต็ม
2. ตรวจสอบส่วนต่างความถี่สูง:
ให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดการสูญเสียการแทรก, NEXT และ PS-NEXTใกล้ขีดจำกัดความถี่สูงสุด ไม่ใช่แค่ผ่าน/ไม่ผ่าน
3. สภาพแวดล้อมแบบผสม:
หากตัวเชื่อมต่อ Cat6A จับคู่กับสายเคเบิล Cat6 หรือ Cat5e ให้ตรวจสอบความถูกต้องประสิทธิภาพของช่องสัญญาณแบบ end-to-endใช้การทดสอบภาคสนามที่เหมาะสม (เช่น การทดสอบช่องสัญญาณกับการทดสอบลิงก์ถาวร)
4. เอกสารข้อมูลตัวเชื่อมต่อมีความสำคัญ:
มองหาแผนหรือตารางที่แสดงประสิทธิภาพตามความถี่ ไม่ใช่เพียงป้ายกำกับหมวดหมู่
| เมตริก | Cat5e (≤100เมกะเฮิรตซ์) | Cat6 (≤250เมกะเฮิรตซ์) | Cat6A (≤500เมกะเฮิรตซ์) |
|---|---|---|---|
| ความต้านทานลักษณะเฉพาะ | 100 โอห์ม | 100 โอห์ม | 100 โอห์ม |
| กลับขาดทุน | ยอมรับได้ถึง 100 MHz | ข้อจำกัดที่เข้มงวดยิ่งขึ้น | ขีดจำกัดที่เข้มงวดที่สุดถึง 500 MHz |
| ต่อไป | ระบุที่ความถี่ต่ำกว่า | ปรับปรุงเทียบกับ Cat5e | เข้มงวดที่สุด |
| PS-ถัดไป | จำกัด | ปรับปรุง | จำเป็นต้องมีมาร์จิ้นสูง |
| ความเร็วอีเธอร์เน็ตสูงสุดโดยทั่วไป | 1GBase-T | 1G / จำกัด 10G | เต็ม 10GBase-T |
บันทึก:การปฏิบัติตามข้อกำหนดที่แท้จริงขึ้นอยู่กับทั้งช่องไม่ใช่ตัวเชื่อมต่อเพียงอย่างเดียว
การใช้ตัวเชื่อมต่อ RJ45 ประเภทที่สูงกว่าข้อกำหนดขั้นต่ำสามารถให้:
สำหรับการออกแบบใหม่ โดยเฉพาะการออกแบบที่คาดว่าจะรองรับ10GBase-T หรือการอัพเกรดในอนาคตตัวเชื่อมต่อ Cat6A มักเป็นตัวเลือกที่รอบคอบ แม้ว่าการใช้งานครั้งแรกจะใช้ความเร็วต่ำกว่าก็ตาม
จ่ายไฟผ่านอีเธอร์เน็ต(PoE) ขอแนะนำกระแสไฟตรงต่อเนื่องผ่านขั้วต่อ RJ45 นอกเหนือจากข้อมูลความเร็วสูง
ด้วยคลาส PoE ที่สูงกว่า—โดยเฉพาะIEEE 802.3bt ประเภท 3/4 (PoE++)—กระแสต่อคู่เพิ่มขึ้น นำไปสู่ความเครียดจากความร้อนที่สูงขึ้นภายในตัวเชื่อมต่อ
ขั้วต่อ RJ45 ที่เพียงพอสำหรับการส่งข้อมูลอาจยังคงอยู่มีความร้อนสูงเกินไปภายใต้โหลด PoE ที่ต่อเนื่องหากพิกัดกระแสแล
