Ihr Leitfaden für RJ45-Steckverbinder

Ein RJ45-Steckverbinder ist eine modulare Verbindungsvorrichtung, die mit einem Kabel abgestimmt ist, um Datenkommunikationsdienste für verschiedene elektronische Vorrichtungen und Systeme bereitzustellen. Die verschiedenen mit diesem System entwickelten Steckverbinder wurden im Jahr 1976 von der FCC in das System der Registered Jacks (RJ) eingeteilt, woraus sich die RJ-Kennzeichnung ergibt. Dies geschah, um die Kompatibilität zwischen der Hardware der Telefongesellschaft und den Geräten der Verbraucher zu gewährleisten. Das RJ-System deckt den physischen Steckverbinder, die Verdrahtungsmuster und die Signalspezifika ab.

So ist ein RJ45-Steckverbinder aufgebaut

RJ45-Geräte enthalten, wie alle modularen Steckverbinder, Metallkontakte, die durch isolierende Kunststoffkanäle getrennt sind. Die Kanäle passen in eine zugehörige Buchse und die Steckverbinder werden mit einer Lasche verriegelt, sodass sie sicher, aber auch abnehmbar sind. RJ45-Geräte enthalten 8 Pins und 8 Drahtpositionen zum Handhaben von Signalen oder Strom, sodass sie 4 verdrillte Drahtpaare aufnehmen können.

Diese 8-polige Konfiguration eines RJ45-Steckverbinders ähnelt der von 8P8C-Steckverbindern, aber RJ45-Steckverbinder enthalten auch eine Orientierungslasche, die nur erlaubt, dass das Gerät in einer bestimmten Ausrichtung in eine kompatible Buchse eingesteckt wird, um eine falsche Verdrahtung zu vermeiden. Daher ist ein RJ45 ein Typ eines 8P8C-Steckverbinders. 8P8C-Steckverbinder passen in RJ45-Buchsen, aber nicht umgekehrt. Dennoch werden im allgemeinen Gebrauch die meisten 8P8C-Steckverbinder fälschlicherweise als RJ45 bezeichnet

Eigenschaften und Funktionen der modularen Steckverbindern

RJ45-Steckverbinder haben die grundlegenden Merkmale von modularen Steckverbindern: niedrige Kosten, lötfreie Montage von Steckverbindern und Verkabelung, schnelle Herstellung von anwenderspezifischen Kabeln, einfaches Einsetzen und Entfernen, problemlose Montage vor Ort mit einfachen Werkzeugen und die Möglichkeit, die Kabel vor Ort anzupassen. Steckdosen (oder Buchsen) können auch eine vertikale oder horizontale Ausrichtung haben. Durch die 8-Pin-Konfiguration können sie in anspruchsvollen und datenintensiven Anwendungen eingesetzt werden.

Einige verfügbare Funktionen sind Abschirmung zur Aufhebung der Auswirkungen von EMI/RFI, Keying zur Sicherstellung der korrekten Einfügung sowie verschiedene Montagemöglichkeiten für Panel-, Board-, Oberflächen- oder Durchgangslochverfahren. Weiter gehören auch Anzeigen und Indikatoren zur Anzeige des Verbindungsstatus, integrierte Magnetik für eine bessere Abschirmung und einen höheren Stromschutz sowie Hi-Rel zum Schutz der Hardware und der Verbindung zu den Eigenschaften des RJ45.

Welche anwendbaren Standards es für RJ45-Steckverbinder gibt

Für RJ45-Steckverbinder gelten je nach Anwendung mehrere technische Standards. ANSI/TIA-1096-A deckt die grundlegenden physikalischen Abmessungen, mechanischen Eigenschaften und Kontaktanforderungen ab. Die grundlegenden Verkabelungsstandards T-568A und T-568B regeln die RJ45-Verkabelung und -Pinbelegungen, die IEEE-Standards 802.3at, 802.3af und 802.3bt decken Ethernet-Spezifikationen und -Details für Power-over-Ethernet/PoE-Geräte ab, bei denen der Steckverbinder das Endgerät mit elektrischem Strom versorgt. IEEE 1394 definiert die Datenschnittstellenbusstruktur, die mit RJ45-Vorrichtungen verwendet wird. Verschiedene andere Standards beziehen sich auf die mit RJ45-Geräten verwendeten Kabel oder Leitungen, die wiederum weitgehend von der jeweiligen Anwendung abhängen.

Aktuelle Verwendung für RJ45-Geräte

Hauptanwendung der RJ45-Geräte ist es, ein internetfähiges Gerät (z. B. einen PC) mit einem anderen Netzwerkgerät wie einem Server, Router, Modem oder Smart-TV, einer Spielekonsole und anderen Geräten, die das Ethernet-Protokoll verwenden, zu verbinden. Die Festverdrahtung mit RJ45-Geräten ermöglicht höhere Datengeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Stabilität und Sicherheit der Datenübertragung, sodass sie auch für den Einsatz in der Industrie und in der Fertigung attraktiv sind.

Die robuste Technologie wird zunehmend in Datenkommunikationsanwendungen eingesetzt, bei denen die Systemkomponenten Feuchtigkeit, Staub, Vibrationen, Chemikalien oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Verschiedene zusätzliche Merkmale der Steckverbinder, wie z. B. Faltenbälge oder Zugentlastungen, sorgen für die erforderliche Leistung, um in diesen Umgebungen zu bestehen.

Ethernet, EtherCAT und PoE

Ethernet ist die Übertragung von Daten über ein Local Area Network (LAN) oder Wide Area Network (WAN) und verbindet Computer und andere Geräte über Kabel, sodass sie miteinander kommunizieren können.

Der Ethernet-Standard (IEEE 802.3) ist aktuell die weltweit beliebteste LAN-Technologie. Er definiert die Regeln für die Konfiguration eines Ethernet-Netzwerks (Verbindungen), die Anzahl der Leiter, die für eine Verbindung erforderlich sind, die erwartete Leistung und einen Rahmen für die Datenübertragung. RJ45-Steckverbinder sind die Standardgeräte bei der Netzwerkeinrichtung.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) ist durch den Standard 61158 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) definiert. Es stellt ein hochflexibles Netzwerkprotokoll dar, das in der Industrie unter anderem zur Echtzeit-Fabrikautomatisierung sowie Tests und Messungen dient. Auch hier werden RJ45-Steckverbinder in der Implementierung eines EtherCAT-Netzwerks verwendet. Es ist keine weitere spezielle Hardware erforderlich. Geräte in einem EtherCAT-Netzwerk verfügen über zwei RJ45-Ports, von denen einer mit dem vorherigen Knoten im Netzwerk und einer mit dem nächsten Knoten verbunden ist. Dies ermöglicht eine effiziente Bandbreitennutzung.

Sowohl Cat5- als auch Cat6-Kabel werden für die Verbindung von Computern in einem Netzwerk verwendet, ihre Leistung ist jedoch sehr unterschiedlich.

Cat6 besteht wie Cat5 und Cat5e aus 4 verdrillten Paaren, ist aber schneller, hat eine größere Bandbreitenkapazität und Funktionalität, reduziert Übersprechen oder Störungen durch Abschirmung und ist abwärtskompatibel mit Cat5 und Cat5e. Cat6-Kabel werden in der Regel in Netzwerkinstallationen, die Gigabit-Geschwindigkeiten erreichen, verwendet. Beim Cat6a-Kabel kommt ein dickes Kunststoffgehäuse hinzu, um das Übersprechen weiter zu reduzieren. Es kann für längere Kabelstrecken (bis zu 100 m) verwendet werden. Das Cat7-Kabel verbessert die Bandbreite schrittweise.

Modulare Steckverbinder wie der RJ45 bieten auch die Möglichkeit, beide Signale weiterzuleiten und elektrische Energie an die angeschlossenen Geräte zu liefern. Power-over-Ethernet (PoE) ist eine Technik zur Versorgung von Geräten mit Gleichstrom über die ungenutzten verdrillten Paare in Ethernet-Kabeln, wodurch eine separate Stromverkabelung überflüssig ist. PoE unterliegt dem IEEE-Standard 802.3af.

Technische Daten und Platinenlayout

Beim Design eines Geräts, das eine Schnittstelle zu einem Ethernet-Netzwerk herstellt und RJ45-Anschlüsse verwendet, liegt auf Platinen-Ebene der Schwerpunkt auf der Reduzierung von EMI, der Aufrechterhaltung der Signalintegrität und der Erhaltung der elektrischen Signalisolation. Auch die Länge und Position der Leiterbahnen auf der Platine sind wichtig. Die Magnete müssen isoliert und so nah wie möglich an den RJ45-Anschlüssen gehalten werden. RJ45-Steckverbinder mit integriertem Magneten sind am besten geeignet, um EMI zu reduzieren. Die physische Platzierung der Steckverbinder auf der Platine muss ebenfalls berücksichtigt werden.

Die Steckverbinder sind für die meisten Standardbefestigungsmethoden für Komponenten einschließlich Platte, Platine, Durchgangsloch und Oberflächenmontage geeignet.

Wie die Pins bei RJ45 belegt sind

Es gibt zwei RJ45-Pinbelegungsstandards: T568A und T568B. Diese definieren die Organisation der acht Drähte im Steckverbinder und haben jeweils ein eigenes Farbschema. Der Standard T568A bietet Abwärtskompatibilität mit älteren Verkabelungen, der Standard T568B eine bessere Signalisolierung und einen besseren Rauschschutz. Beide funktionieren in einem Ethernet-Netzwerk.

Welcher Typ sich eignet, hängt von den individuellen Designanforderungen ab und davon, ob ein Durchgangskabel oder ein Crossover-Kabel vorhanden ist. Ein Durchgangskabel (Patchkabel) hat an beiden Enden den gleichen Verdrahtungsstandard. Crossover-Kabel verbinden die gleichen Gerätetypen mit einem T568A-Anschluss an einem Ende und einem T568B-Anschluss am anderen Ende.

Gerollte oder Rollover-Kabel sind flach und verbinden Geräte mit einem Netzwerk-Switch-Konsolenanschluss. Sie dienen nur zum Aufbau einer Schnittstelle und übertragen keine Daten.

Der Loopback, eine Verbindung, die dem Computer erlaubt, mit sich selbst zu kommunizieren, wird zur Diagnose, Fehlerbehebung und zur Verbindung mit Servern verwendet. Zu guter Letzt ist eine T1 eine Standleitung direkt von einem Telekommunikationsdienstleister zum Anwender. Sie bietet schnellere Geschwindigkeiten und kann sowohl Sprache als auch Daten übertragen.

RJ45-Magnetbuchsen

Magnetik sind drahtgewickelte Komponenten (wie Transformatoren), die eine EMI-Abschirmung bieten, vor Fehlern und Transienten schützen und eine galvanische Trennung und einen Signalausgleich bieten. Sie kann auf zwei Arten in Ethernet-Designs integriert werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, ein Magnetmodul auf der Leiterplatte zwischen dem PHY-Chip (Ethernet-Implementierung) und der Anschlussbuchse anzubringen. Alternativ kann ein RJ45-Steckverbinder mit integrierter Magnetik im Gehäuse verwendet werden.

Module sind in der Regel billiger als integrierte Geräte und bieten einen besseren Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD). RJ45-Steckverbinder mit integrierter Magnetik zeichnen sich durch eine bessere EMI-Abschirmung und zuverlässigere Verbindungen aus. Beide Strategien haben Vor- und Nachteile, aber die Magnetik muss berücksichtigt werden, wenn kabelgebundenes Ethernet in ein Design einfügt wird, da sie Teil der Ethernet-Spezifikation für 10/100/1000 Base-T-Netzwerke sind.

Anwendungen

Um ein System mit Ethernet-Funktionen auszustatten, sind RJ45-Steckverbinder mit Cat5- oder Cat6-Verkabelung die Standardlösung für die Konnektivität von Netzwerken, Peripheriegeräten und Telekommunikation. Durch die Erweiterung der RJ45-Produktlinie um Funktionen und Fähigkeiten, wie z. B. erhöhte Geschwindigkeit und Robustheit, ist dieses Verbindungssystem auch für Anwendungen außerhalb von Büro- und Heimnetzwerken geeignet.

Mit der Einführung des EtherCAT-Protokolls wurde der Einsatz in der Fabrik und in anderen Bereichen verstärkt. Einige aktuelle Anwendungen, die RJ45-Technologie verwenden, sind Fabrikautomatisierung, industrielle Prozesssteuerung, Industrierobotik (Fertigung und Montage) sowie Test- und Messsysteme. Auch bei Qualitätskontrollsystemen, VoIP-Systemen und -Geräten (Voice Over Internet Protocol, Sprachübertragung über Datennetze) und Netzwerkgeräten für das Internet der Dinge (IOT) kann die Technik eingesetzt werden. (bs)