作者：Jeff Smoot,CUI Devices 应用工程和运动控制部门副总裁
关键词：连接器, 规格, 以太网
模块化连接器在 20 世纪 60 年代由 AT&T 公司推出，以取代笨重的电话连接器，目前已成为全球通信和数据服务的主力军。虽然最初以电话连接为目标，但随着时间的推移，标准插孔 (RJ) 连接器也扩展到了数据通信。这成就了今天可能是最常见的模块化连接器——RJ45 连接器。它们广泛用于计算机网络应用，通常称为以太网连接器。虽然使用广泛，但本文旨在深度揭示 RJ45 连接器的所有方面，包括其基本特征和功能、应用、标准等等。
RJ45 基础知识
在最基本的层面上，RJ45 连接器就是一种与电缆配对的模块化互连装置，能够向各种电子系统提供数据通信。它们包含 8 个触头和 8 个用于信号或电源的导线位置，这意味着它们允许连接 4 个双绞线对。尽管这种 8 个触头、8 个位置的设置使得它们与其他 8P8C 连接器相似，但实际的 RJ45 连接器还有一个凸片，只允许在一个方向上将器件插入兼容的插座，以防止连接不当。虽然大多数 8P8C 连接器被称为 RJ45，但这并不完全准确，因为 8P8C 连接器可以插入 RJ45 插座，但 RJ45 连接器不能插入 8P8C 插座。
与任何 模块化连接器 一样，RJ45 连接器具有多种优势，如成本低、无焊连接器装配和接线、快速生产定制电缆、简单的插入和拆除、用简单的工具轻松进行现场装配，以及现场定制电缆的能力。除这些基本优势之外，RJ45 连接器还可以提供一些额外的功能，包括：
- 屏蔽 – 消除了 EMI/RFI 影响
- 键控 – 确保了正确插入
- 多种安装能力 – 允许采用面板、电路板、表面或通孔方法
- 显示屏和指示器 – 显示连接状态
- 集成磁性元件 – 可以实现更好的屏蔽和电流保护
- 高可靠性 – 为硬件和连接提供保护
RJ45 的用途和应用
RJ45 连接器最常用于连接一个实现互联网连接的设备和另一个网络设备。例如，连接到服务器、路由器、调制解调器、智能电视、游戏机或任何利用以太网协议的设备的 PC。RJ45 连接器提供的硬接线连接允许更大的数据速度，改善稳定性并提高安全性。这使得 RJ45 连接对专业用途和个人使用都有吸引力。
RJ45 产品系列增加了像更高速度和坚固性这样的特性和功能后，使得这种互连系统更加适合用于办公室或家庭网络以外的用途，而 EtherCAT 协议的引入则使之在工厂车间和其他地方的使用也越来越多。使用 RJ45 技术的一些较新应用包括：
- 工厂自动化
- 工业过程控制
- 工业机器人技术（制造和装配）
- 测试与计量系统
- 质量控制体系
- 互联网协议语音 (VOIP) 系统和设备
- 物联网 (IoT) 网络设备
RJ45 连接器标准介绍
对于 RJ45 连接器，有多个适用的标准，具体适用那个标准取决于其应用和预期用途。这里简要地总结了这些适用的标准，但有几个标准将在后面更详细地介绍。
- ANSI/TIA 1096-A – 包括 RJ45 器件的基本机械特征、物理尺寸和接触要求
- T-568A和T-568B – 基本接线和引脚分配标准
- IEEE 802.3at、802.3af 和 802.3bt – RJ45 连接器的各种以太网供电 (PoE) 标准，能够向终端设备提供电流
- IEEE 1394 – 与 RJ45 一起使用的数据接口总线结构
其他各种标准规定了 RJ45 器件使用的电缆或电线，同样也主要取决于最终应用。
以太网和 EtherCAT
RJ45 和以太网是两个相辅相成的术语。由 IEEE 在 20 世纪 80 年代制定的以太网标准 (IEEE 802.3) 定义了配置以太网网络（连接）的规则、连接所需的导体数量、预期性能和数据传输框架。它仍然是世界上使用最广泛和最受欢迎的局域网技术，因为它易于使用、成本低、速度快，而且支持广泛的网络协议，RJ45 连接器是网络安装中使用的标准器件。
2003 年推出的控制自动化技术以太网 (EtherCAT) 是一个高度灵活的网络协议，被业界用于实时工厂自动化、测试和计量等方面。它由 IEC 标准 61158 定义，工作在高速度下，效率很高。EtherCAT 网络利用两个 RJ45 端口，不需要其他特殊硬件。一个 RJ45 连接到网络中的前一个节点，另一个连接到下一个节点，这样就可以有效地利用带宽。
以太网布线类别
用于以太网和 EtherCAT 网络的布线有多种不同的类型，从 Cat5 和 Cat6 到现在的 Cat7，甚至是新的 Cat8。每种电缆标准都提供了大不相同的性能指标，但都仍然利用相同的 RJ45 连接器。这意味着每条电缆，不管是哪种标准，都由 8 根线和 4 对双绞线组成，这与 RJ45 的 8P8C 配置相匹配。
由于 Cat5e 电缆的速度比 Cat5 快 10 倍，并且具有更好的抗串扰或干扰能力，Cat5 在这一点上大多已经过时。接下来，Cat6 比 Cat5e 又提高了带宽容量，通过屏蔽进一步减少串扰和干扰，并保持向后兼容 Cat5/5e。它经常用于需要千兆位速度的网络安装中。较新的 Cat6a 采用了厚的塑料外壳，进一步减少了串扰，并允许更长的电缆运行，最长可达 328 英尺。Cat7 和 Cat7a 也分别增加了带宽容量。
| 电缆类型 | 最大速度 | 最大带宽 |
| Cat 5 | 100 Mbps | 100 MHz |
| Cat 5e | 1,000 Mbps | 100 MHz |
| Cat 6 | 1,000 Mbps | 250 MHz |
| Cat 6a | 10,000 Mbps | 500 MHz |
| Cat 7 | 10,000 Mbps | 600 MHz |
| Cat 7a | 10,000 Mbps | 1,000 MHz |
表 1：以太网电缆类别规格（图片来源：CUI Devices）
以太网供电 (PoE)
除了转发数据信号外，RJ45 连接器还能利用以太网电缆中未使用的双绞线对，向所连接的设备提供电力。这种以太网供电 (PoE) 技术是由 IEEE 标准 802.3af 及其迭代版本所定义的，持续提高了电力输送能力。
| 命名 | 标准 | 最大功率 |
| PoE | IEEE 802.3af | 最高 15.4 W |
| PoE+ | IEEE 802.3at（类型 2） | 最高 30 W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt（类型 3） | 最高 60 W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt（类型 4） | 最高 100 W |
表 2：以太网供电标准（图片来源：CUI Devices）
能够通过这些线对提供直流电消除了对单独进行电源接线的需要。由于不需要单独的电线、插座或安装，PoE 已经迅速普及，正是因为它带来了成本节约和灵活性。而且 PoE 的设计更安全、可靠和可扩展。
T568A 和 T568B 标准
T568A 和 T568B 是两个 RJ45 引脚分配标准，规定了连接器内 8 条线的分配。这些彩色编码导线必须正确插入其指定的引脚分配位置，以保证以太网的正常运行。T568A 为旧的接线提供向后的兼容性，T568B 提供了更好的信号隔离和噪音保护。RJ45 直通式连接器允许导线穿过连接器，并在压接过程中进行修剪，以便更容易对齐。
决定哪种标准合适，将取决于个人的设计需求以及是否使用直通电缆或交叉电缆。直通电缆（跳线）在两端都采用相同的接线标准，而交叉电缆则在一端采用 T568A 和另一端采用 T568B ，且用于连接同类型设备。反转线是扁平的，将设备连接到网络交换机的控制台端口。它们只用于建立一个接口，不传输数据。
环回和 T1 是另外两个可能听到的常用术语。环回是一种允许计算机与自身连接的连接方式，可用于诊断、排除故障和与服务器连接。T1 线路虽远不如 15-20 年前常用，但它是直接从电信服务提供商到最终用户的专用线路，拥有更高的速度，可以同时传输语音和数据。
RJ45 的最终设计考虑
设计时要将 RJ45 连接器与以太网网络对接需要注意多个技术问题。在板级，重点是减少 EMI，保持电信号隔离，并保持信号完整性。如果无法深入研究电路设计细节，那么密切关注电路板上导线的长度和位置就很重要。另外还应考虑 PCB 上连接器的物理位置。
之于磁性元件，如果在设计中加入了有线以太网，就必须考虑，因为 10/100/1000 Base-T 网络的以太网规范中就包括了磁性元件。磁性元件是绕线元件（如变压器），提供 EMI 屏蔽，防止故障和瞬态，并提供电气隔离和信号平衡。它们必须被隔离，并尽可能地靠近 RJ45 连接器。
在设计中加入磁性材料有两种选择。选项一是选择一个在外壳中集成磁性元件的 RJ45 连接器。RJ45 磁性插孔具有改进 EMI 屏蔽和连接更可靠的优点。第二个选择是在 PHY（以太网实现）芯片和普通 RJ45 插口之间的 PCB 上添加一个磁性模块。磁性模块往往比集成连接器便宜，同时能提供更好的静电放电 (ESD) 保护。这两种选择各有优缺点，需要根据整体系统设计进行权衡。
结语
与其他模块化连接器一样，RJ45 连接器带来了简单的设计导入、快速和简便的安装、产品的广泛性和用户的易用性。它们已为世界各地的家庭和办公室网络应用所接受，并正在不断为工厂车间和恶劣环境所接受。
CUI Devices 提供各种 RJ45 连接器，具有多种选件，包括集成磁性元件、PoE、LED 指示灯等。
小编的话：
RJ45 连接器大概是我们平常接触最多的连接器了。不过，大多数时候我们只是拿来应用，而当我们设计系统需要进行接口配置时，就需要准确的了解与该连接器有关的细节，包括电气特性、规格选择，以及材料等。相信通过这篇文章的详细介绍，我们对RJ45 连接器有了更加透彻的了解。您是否在进行和RJ45 连接器有关的设计？您有哪些问题或者经验？欢迎留言，交流和分享！
******
如有任何问题，欢迎联系得捷电子DigiKey客服团队。
中国(人民币)客服
－ 400-920-1199
－ service.sh@digikey.com
－ QQ在线实时咨询 |QQ号：4009201199
中国(美金)／ 香港客服
－ 400-882-4440
－ 8523104-0500
－ china.support@digikey.com
到微信搜寻“digikey”或“得捷电子”
关注我们官方微信
并登记成会员，
每周接收工程师秘技，
赚积分、换礼品、享福利
