Mitä RJ45-liittimistä täytyy tietää

AT&T otti nämä modulaariset liittimet käyttöön 1960-luvulla korvaamaan tilaa vievät puhelinliittimet. Ne ovat olleet siitä alkaen maailmanlaajuisesti viestintä- ja datapalveluiden peruspilari. Näitä alun perin puhelinliitäntöihin tarkoitettuja RJ (Registered Jack) -liittimiä alettiin vuosien mittaan käyttää myös dataliikenteessä. Tämä johti nykyään ehkä tunnetuimpaan modulaariseen liittimeen, RJ45-liittimeen, jota käytetään tietokoneverkkosovelluksissa ja jota kutsutaan yleisesti Ethernet-liittimeksi. Vaikka RJ45-liittimiä käytetään laajalti, tässä artikkelissa pyritään tarkastelemaan perusteellisesti kaikkea RJ45-liittimiin liittyvää, kuten niiden perusominaisuuksia ja -valmiuksia, sovelluksia, standardeja jne.

RJ45-liitinten perusteet

Perustasolla RJ45-liittimet ovat modulaarisia liitinkomponentteja, jotka kiinnitetään kaapeliin ja jotka mahdollistavat tiedonsiirron erilaisissa elektroniikkajärjestelmissä. Niissä on 8 kosketinta ja 8 kohtaa johtimille, joita käytetään signaaleja tai virtaa varten, eli ne mahdollistavat 4 kierretyn johdinparin käytön. Vaikka RJ45-liitin muistuttaakin 8 koskettimella ja 8 paikalla muita 8P8C-liittimiä, se sisältää lisäksi kielekkeen, joka ansiosta liitin voidaan kytkeä vain sen kanssa yhteensopivaan naarasliittimeen ja vain oikein päin. Tämä estää virheellisiä liitäntöjä. Vaikka useimmista 8P8C-liittimistä puhutaankin RJ45-liittiminä, tämä ei pidä täysin paikkaansa, koska 8P8C-liittimet voidaan kytkeä RJ45-naarasliittimiin, mutta RJ45-liittimiä ei puolestaan voi liittää 8P8C-naarasliittimiin.

Kuten kaikki modulaariliittimet, myös RJ45-liittimet tarjoavat monia etuja. Niihin kuuluvat edullinen hinta, liittimen ja johdotuksen kokoonpano ilman juottamista, asiakaskohtaisten kaapeleiden nopea valmistus, helppo liittäminen ja irrottaminen, helppo kokoonpano kentällä yksinkertaisilla työkaluilla ja mahdollisuus kustomoida kaapeleita paikan päällä. Näiden perusetujen lisäksi RJ45-liittimet voivat tarjota myös monia muita lisäominaisuuksia, kuten:

• Häiriösuojaus – ehkäisee EMI/RFI-häiriöitä
• Koodaus – varmistaa liittämisen oikein päin
• Erilaiset asennusvaihtoehdot – mahdollistaa paneeli-, piirilevy-, pintaliitos- tai läpiasennusmenetelmät
• Näytöt ja merkkivalot – ilmaisevat yhteyden tilan
• Integroitu magnetiikka – mahdollistaa paremman häiriösuojauksen ja virtasuojauksen
• Korkea luotettavuus – suojaa laitteistoa ja liitäntää.

RJ45-liitinten käyttötarkoitukset ja -kohteet

RJ45-liittimiä käytetään yleisimmin internet-yhteensopivan laitteen liittämiseen verkkolaitteeseen. Tällainen on esimerkiksi palvelimeen, reitittimeen, modeemiin, älytelevisioon, pelikonsoliin tai mihin tahansa Ethernet-protokollaa käyttävään laitteeseen liitettävä tietokone. RJ45-liittimien tarjoama kiinteä yhteys mahdollistaa suuremmat tiedonsiirtonopeudet, paremman stabiiliuden ja korkean tietoturvatason. Tämä tekee RJ45-liitännöistä houkuttelevia sekä ammatti- että yksityiskäyttöön.

Kuva 1: RJ45-liittimiä käytetään monissa verkkolaitteissa (Kuvan lähde: Same Sky)

RJ45-tuotesarjaan lisätyt ominaisuudet ja valmiudet, kuten suurempi nopeus ja lujatekoisempi rakenne, ovat tehneet tästä liitinjärjestelmästä käyttökelpoisen muuhunkin kuin toimisto- tai kotiverkkokäyttöön. EtherCAT-protokollan käyttöönotto on puolestaan lisännyt käyttöä tehtaissa ja muualla. RJ45-tekniikkaa käyttäviä uudempia sovelluksia ovat muun muassa seuraavat:

• tehdasautomaatio
• teollinen prosessinohjaus
• teollisuusrobotiikka (valmistus ja kokoonpano)
• testaus- ja mittausjärjestelmät
• laadunvalvontajärjestelmät
• VOIP (Voice Over Internet Protocol) -järjestelmät ja -laitteet
• Esineiden internetin (IoT) verkkolaitteet.

RJ45-liitinstandardien esittely

RJ45-liittimiin liittyy useita standardeja sovelluksesta ja käyttötarkoituksesta riippuen. Tässä on lyhyt yhteenveto näistä sovellettavista standardeista, mutta useita standardeja kuvaillaan yksityiskohtaisemmin jäljempänä:

• ANSI/TIA 1096-A – kattaa RJ45-laitteiden mekaaniset perusominaisuudet, fyysiset mitat ja kosketinvaatimukset
• T-568A ja T-568B – yleiset johdotus- ja nastamääritysstandardit
• IEEE 802.3at, 802.3af ja 802.3bt – eri Power over Ethernet (PoE) -standardit RJ45-liittimille, jotka pystyvät syöttämään sähkövirtaa päätelaitteeseen
• IEEE 1394 – RJ45-liittimen kanssa käytettävän datarajapinnan väylärakenne.

On myös monia muita standardeja, joissa määritellään RJ45-laitteissa käytettäviä kaapeleita tai johtimia. Nämäkin riippuvat pitkälti loppusovelluksesta.

Ethernet ja EtherCAT

RJ45 ja Ethernet ovat kaksi käsitettä, jotka kulkevat käsi kädessä. IEEE:n 1980-luvulla kehittämä Ethernet-standardi (IEEE 802.3) määrittelee Ethernet-verkon (liitäntöjen) konfigurointisäännöt, liitäntään tarvittavien johtimien määrän, odotetun suorituskyvyn ja kehykset tiedonsiirrolle. Se on edelleen maailmanlaajuisesti käytetyin ja suosituin lähiverkkotekniikka (LAN) helppokäyttöisyyden, hinnan, nopeuden ja laajan verkkoprotokollatuen ansiosta – ja RJ45-liittimet kuuluvat verkkokokoonpanossa käytettäviin vakiolaitteisiin.

Vuonna 2003 käyttöön otettu EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) on erittäin joustava verkkoprotokolla, jota teollisuus käyttää muun muassa reaaliaikaisessa tehdasautomaatiossa, testauksessa ja mittauksessa. EtherCAT on määritelty IEC-standardissa 61158, ja se toimii suurilla nopeuksilla erittäin tehokkaasti. EtherCAT-verkoissa käytetään kahta RJ45-porttia, eikä muita erityislaitteita tarvita. Yksi RJ45 liitetään verkon edelliseen solmuun ja toinen seuraavaan solmuun, mikä mahdollistaa kaistanleveyden tehokkaan käytön.

Ethernet-kaapelien luokat

Ethernet- ja EtherCAT-verkoissa käytettäviä kaapeleita on tarjolla monina eri tyyppeinä Cat5- ja Cat6- luokista nykyiseen Cat7- ja jopa uuteen Cat8-luokkaan asti. Kukin kaapelistandardi tarjoaa hyvin erilaiset suorituskykyominaisuudet, mutta kaikissa käytetään kuitenkin samoja RJ45-liittimiä. Tämä tarkoittaa sitä, että jokainen kaapeli koostuu standardista riippumatta kahdeksasta johtimesta ja neljästä kierretystä johdinparista, mikä noudattaa RJ45:n 8P8C-konfiguraatiota.

Cat5 on tällä hetkellä enimmäkseen vanhentunut Cat5e-kaapeleiden ansiosta, jotka ovat jopa 10 kertaa nopeampia kuin Cat5 ja ehkäisevät paremmin ylikuulumista tai häiriöitä. Niiden lisäksi Cat6 parantaa kaistanleveyttä Cat5e-kaapeliin verrattuna, vähentää edelleen ylikuulumista ja häiriöitä suojauksen avulla ja on kuitenkin taaksepäin yhteensopiva luokkien Cat5/5e kanssa. Sitä käytetään usein gigabittinopeuksia vaativissa verkkoasennuksissa. Uudempi Cat6a sisältää paksun muovikotelon, joka vähentää ylikuulumista edelleen ja mahdollistaa pidemmät kaapelit jopa 328 jalkaan asti. Cat7 ja Cat7a lisäävät kaistanleveyttä asteittain.

Taulukko 1: Ethernet-kaapeliluokkien spesifikaatiot (Kuvan lähde: Same Sky)

Power over Ethernet (PoE)

Datasignaalien välittämisen lisäksi RJ45-liittimet voivat syöttää sähkövirtaa verkkoon kytketyille laitteille hyödyntämällä Ethernet-kaapeleiden käyttämättömiä kierrettyjä johdinpareja. Tämä Power over Ethernet (PoE) -tekniikka on määritelty IEEE-standardissa 802.3af ja sen jatkoversioissa, jotka parantavat virransiirtokykyä edelleen.

Taulukko 2: Power over Ethernet -standardit (Kuvan lähde: Same Sky)

Koska DC-virtaa voidaan syöttää näiden johdinparien kautta, erillistä virtajohdotusta ei tarvita. PoE on kasvanut nopeasti kustannussäästöjen ja joustavuuden ansiosta, koska erillisiä sähkökaapeleita, pistorasioita tai asennusta ei tarvita. PoE on myös suunniteltu turvalliseksi, luotettavaksi ja skaalautuvaksi.

Kuva 2: PoE-injektorit syöttävät virtaa Ethernetiin liitetyille laitteille (Kuvan lähde: Same Sky)

T568A- ja T568B-standardit

T568A ja T568B ovat kaksi RJ45-nastastandardia, jotka määrittelevät kahdeksan johtimen käyttöä liittimessä. Nämä värikoodatut johdot on asetettava oikein määritettyihin nastapaikkoihinsa, jotta Ethernet-verkko toimii halutulla tavalla. T568A tarjoaa taaksepäinyhteensopivuuden vanhempien johdotuksien kanssa, ja T568B tarjoaa paremman signaalierotuksen ja häiriösuojauksen. RJ45-läpivientiliittimien ansiosta johdot voidaan syöttää liittimen läpi ja leikata puristusprosessin aikana, jolloin niiden kohdistaminen helpottuu.

Kuva 3: T568A- ja T568B-liittimien nastamääritykset (Kuvan lähde: Same Sky)

Kuva 4: T568B-johdotus RJ45-liittimessä (Kuvan lähde: Same Sky)

Sopivan standardin valinta riippuu yksilöllisistä suunnittelutarpeista ja siitä, käytetäänkö suoraa läpivientikaapelia vai ristikytkentäkaapelia. Suora läpivientikaapeli (kytkentäkaapeli) käyttää samaa johdotusstandardia kummassakin päässä. Ristikytkentäkaapelilla puolestaan yhdistetään samantyyppisiä laitteita siten, että toisessa päässä on T568A ja toisessa päässä T568B. Rullatut tai konsolikaapelit ovat litteitä, ja ne yhdistävät laitteet verkkokytkimen konsoliporttiin. Niillä luodaan vain liitäntä, mutta ne eivät siirrä dataa.

Silmukka ja T1 ovat kaksi muuta yleistä termiä, joista olet saattanut kuulla. Silmukka on yhteystyyppi, jonka avulla tietokone voidaan liittää itseensä. Sitä voidaan käyttää diagnostiikassa, vianmäärityksessä ja yhteyden muodostamisessa palvelimiin. T1-linjat ovat nykyään paljon harvinaisempia kuin 15–20 vuotta sitten. Ne ovat teleoperaattorilta suoraan loppukäyttäjälle johtavia dedikoituja linjoja. Ne tarjoavat korkeamman nopeuden ja niillä voidaan siirtää sekä ääntä että dataa.

RJ45-suunnitteluun liittyvät loppuhuomautukset

Ethernet-verkkoon kytkettävien RJ45-liittimien suunnittelussa on otettava huomioon useita teknisiä näkökohtia. Piirilevytasolla keskitytään sähkömagneettisten häiriöiden vähentämiseen sekä sähköisen signaalierotuksen ja signaalin eheyden säilyttämiseen. Menemättä liian syvälle piirisuunnittelun yksityiskohtiin on tärkeää kiinnittää huomiota piirilevyn johdinten pituuteen ja sijaintiin. Myös liitäntöjen fyysinen sijoittelu piirilevyllä on otettava huomioon.

Myös magnetiikka on otettava huomioon, jos tuotteeseen lisätään langallinen Ethernet, sillä ne sisältyvät 10/100/1000 Base-T -verkkojen Ethernet-spesifikaatioon. Magnetiikka tarkoittaa johtimesta käämittyjä komponentteja (kuten muuntajia), jotka tarjoavat suojauksen sähkömagneettisia häiriöitä vastaan, suojaavat vioilta ja transienteilta sekä tarjoavat sähköisen erotuksen ja signaalin balansoinnin. Ne on erotettava ja pidettävä mahdollisimman lähellä RJ45-liittimiä.

Magnetiikkaa voidaan lisätä tuotteeseen kahdella tavalla. Ensimmäinen vaihtoehto on valita RJ45-liitin, jonka koteloon on jo integroitu magnetiikkakomponentit. RJ45-magneettijakkien etuina ovat parempi EMI-suojaus ja luotettavammat liitännät. Toinen vaihtoehto on lisätä magnetiikkamoduuli piirilevylle PHY-sirun (Ethernet-toteutus) ja normaalin RJ45-jakkiliittimen väliin. Magnetiikkamoduulit ovat yleensä integroituja liittimiä halvempia ja ne tarjoavat samalla paremman suojauksen sähköstaattisia purkauksia (ESD) vastaan. Molempiin vaihtoehtoihin liittyy etuja ja haittoja, jotka on punnittava järjestelmän kokonaissuunnittelun perusteella.

Yhteenveto

RJ45-liittimet tarjoavat muiden modulaaristen liittimien tavoin helpon suunnittelun, nopean ja helpon asennuksen, laajan tuotevalikoiman ja käyttäjäystävällisyyden. Niitä käytetään maailmanlaajuisesti sekä koti- että toimistoverkkosovelluksissa. Lisäksi ne ovat saamassa yhä enemmän hyväksyntää tehtaissa ja vaativissa ympäristöissä.

Same Sky tarjoaa laajan valikoiman RJ45-liittimiä erilaisilla ominaisuuksilla. Niihin kuuluvat integroitu magneettitekniikka, PoE, ledimerkkivalot jne.