Connettori RJ45 - Tutto ciò che c'è da sapere

Dopo la loro introduzione negli anni Sessanta del XX secolo da parte di AT&T per sostituire gli ingombranti connettori telefonici, i connettori modulari sono stati un punto fermo dei servizi di comunicazione e dati in tutto il mondo. Se inizialmente erano destinati alle connessioni telefoniche, nel corso degli anni i connettori RJ (Registered Jack) si sono estesi anche alla comunicazione dati. Questo ha portato a quello che oggi potrebbe essere il connettore modulare più conosciuto, il connettore RJ45, utilizzato nelle applicazioni di rete dei computer e comunemente chiamato connettore Ethernet. Sebbene siano ampiamente utilizzati, questo articolo vuole fornire una panoramica approfondita su tutto ciò che riguarda i connettori RJ45, comprese le loro caratteristiche e capacità di base, le applicazioni, gli standard e molto altro.

Principi base RJ45

A livello di base, i connettori RJ45 sono dispositivi di interconnessione modulari accoppiati a un cavo che forniscono comunicazione di dati a vari sistemi elettronici. Contengono 8 contatti e 8 posizioni per i fili utilizzati per i segnali o l'alimentazione, il che significa che accettano 4 doppini intrecciati. Sebbene questa configurazione a 8 contatti e 8 posizioni li renda simili ad altri connettori 8P8C, i connettori RJ45 veri e propri presentano inoltre una linguetta che consente l'inserimento del dispositivo in un solo orientamento con una presa compatibile per evitare connessioni improprie. La maggior parte dei connettori 8P8C è indicata come RJ45, ma ciò non è del tutto esatto perché i connettori 8P8C possono essere inseriti in prese RJ45, ma i connettori RJ45 non possono essere inseriti in prese 8P8C.

Come tutti i connettori modulari, i connettori RJ45 offrono una serie di vantaggi, come il basso costo, l'assemblaggio senza saldature del connettore e del cablaggio, la produzione rapida di cavi personalizzati, la semplicità di inserimento e rimozione, il facile assemblaggio sul campo con semplici utensili e la possibilità di personalizzare i cavi sul campo. Oltre a questi vantaggi di base, i connettori RJ45 possono offrire altre caratteristiche, tra cui:

• Schermatura - annulla gli effetti delle EMI/RFI
• Polarizzazione - garantisce il corretto inserimento
• Varie possibilità di montaggio: accettano metodi di montaggio a pannello, su scheda, su superficie o con foro passante
• Display e indicatori - indicano lo stato di connessione
• Componenti magnetici integrati: consentono una migliore schermatura e una maggiore protezione dalla corrente.
• Alta affidabilità - fornisce protezione per l'hardware e la connessione

Usi e applicazioni RJ45

I connettori RJ45 sono comunemente utilizzati per collegare un dispositivo abilitato a Internet con un altro dispositivo di rete, come un PC collegato a un server, un router, un modem, una smart TV, una console di gioco o qualsiasi dispositivo che utilizzi il protocollo Ethernet. La connessione cablata offerta dai connettori RJ45 consente una maggiore velocità dei dati, una migliore stabilità e una maggiore sicurezza. Ciò rende le connessioni RJ45 interessanti sia per l'uso professionale sia per quello personale.

Figura 1: I connettori RJ45 sono presenti in una serie di dispositivi di rete (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

L'aggiunta di nuove caratteristiche e funzionalità, come l'aumento della velocità e della robustezza, alla linea di prodotti RJ45 ha reso questo sistema di interconnessione utilizzabile anche al di fuori delle reti domestiche o di uffici, mentre l'introduzione del protocollo EtherCAT ha portato a un maggior utilizzo in fabbrica e non solo. Alcune delle applicazioni più recenti che utilizzano la tecnologia RJ45 includono:

• Automazione di fabbrica
• Controllo di processi industriali
• Robotica industriale (fabbricazione e assemblaggio)
• Sistemi di test e misurazione
• Sistemi di controllo della qualità
• Sistemi e dispositivi VoIP (Voice over Internet Protocol)
• Dispositivi di rete per Internet delle cose (IoT)

Introduzione agli standard dei connettori RJ45

Esistono diversi standard applicabili ai connettori RJ45, a seconda dell'applicazione e dell'uso previsto. Gli standard applicabili sono riassunti qui, ma alcuni di essi saranno illustrati nei dettagli in seguito:

• ANSI/TIA 1096-A - riguarda le caratteristiche meccaniche di base, le dimensioni fisiche e i requisiti di contatto per i dispositivi RJ45.
• T-568A e T-568B: gli standard di cablaggio e piedinatura di base
• IEEE 802.3at, 802.3af e 802.3bt - i vari standard PoE (Power over Ethernet) per i connettori RJ45 in grado di fornire corrente elettrica al dispositivo finale.
• IEEE 1394 - struttura del bus di interfaccia dati utilizzata con RJ45

Una serie di altri standard definisce i cavi o i fili utilizzati per i dispositivi RJ45, sempre in funzione dell'applicazione finale.

Ethernet e EtherCAT

RJ45 ed Ethernet sono due termini che vanno di pari passo. Sviluppato dall'IEEE negli anni '80, lo standard Ethernet (IEEE 802.3) definisce le regole per la configurazione di una rete Ethernet (connessioni), il numero di conduttori necessari per una connessione, le prestazioni previste e un quadro di trasmissione dei dati. Rimane la tecnologia LAN più diffusa e popolare in tutto il mondo grazie alla sua facilità d'uso, al costo, alla velocità e all'ampio supporto dei protocolli di rete, con i connettori RJ45 che sono i dispositivi standard utilizzati nella configurazione della rete.

Introdotto nel 2003, Ethernet per la tecnologia di automazione di controllo (EtherCAT) è un protocollo di rete molto flessibile utilizzato per l'automazione di fabbrica in tempo reale, i test e le misurazioni e molto altro. È definito dallo standard IEC 61158 e funziona ad alta velocità con grande efficienza. Le reti EtherCAT utilizzano due porte RJ45 e non richiedono altro hardware speciale. Un RJ45 è collegato al nodo precedente della rete e l'altro è collegato al nodo successivo per un uso efficiente della larghezza di banda.

Categorie di cablaggio Ethernet

Il cablaggio utilizzato nelle reti Ethernet ed EtherCAT è disponibile in diversi tipi, da Cat 5 e Cat 6 fino all'attuale Cat 7 e al nuovo Cat 8. Ciascuno degli standard offre parametri prestazionali molto diversi, ma tutti utilizzano gli stessi connettori RJ45. Ciò significa che ogni cavo, indipendentemente dallo standard, sarà composto da 8 fili e 4 doppini intrecciati, il che corrisponde alla configurazione 8P8C dell'RJ45.

Il cavo Cat5 è ormai obsoleto grazie ai cavi Cat5e che sono fino a 10 volte più veloci e offrono una migliore resistenza alla diafonia o alle interferenze. Inoltre, Cat6 migliora la capacità di larghezza di banda rispetto a Cat5e, riduce ulteriormente la diafonia e le interferenze grazie alla schermatura e rimane compatibile con Cat5/5e. Viene spesso utilizzato nelle installazioni di rete che necessitano di velocità Gigabit. Il nuovo Cat6a incorpora un involucro in plastica spessa per ridurre ulteriormente la diafonia e consente di allungare i cavi fino a 100 metri. Cat7 e Cat7a aumentano progressivamente la capacità di banda.

Tabella 1: Specifiche di categoria dei cavi Ethernet (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Power over Ethernet (PoE)

Oltre a trasmettere i segnali di dati, i connettori RJ45 offrono la possibilità possono fornire energia elettrica ai dispositivi collegati, sfruttando i doppini intrecciati inutilizzati nei cavi Ethernet. Questa tecnica Power over Ethernet (PoE) è definita dallo standard IEEE 802.3af e dalle sue iterazioni che continuano ad aumentare la capacità di distribuzione dell'energia elettrica.

Tabella 2: Standard Power over Ethernet (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

La possibilità di fornire corrente continua attraverso questi doppini elimina la necessità di un cablaggio di alimentazione separato. Senza bisogno di cavi elettrici, prese o installazioni separate, PoE è cresciuto rapidamente grazie ai risparmi e alla flessibilità che promette. PoE è inoltre progettato per essere sicuro, affidabile e scalabile.

Figura 2: Gli iniettori PoE forniscono alimentazione ai dispositivi collegati via Ethernet (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Standard T568A e T568B

T568A e T568B sono i due standard di piedinatura RJ45 che specificano l'assegnazione degli 8 fili all'interno del connettore. Per il corretto funzionamento di una rete Ethernet, i fili codificati a colori devono essere inseriti correttamente nelle rispettive posizioni. T568A offre la compatibilità con i cablaggi più vecchi e T568B offre un migliore isolamento del segnale e una maggiore protezione dai disturbi. I connettori passanti RJ45 consentono l'inserimento dei fili attraverso il connettore per tagliarli durante il processo di crimpatura e facilitare l'allineamento.

Figura 3: Piedinature T568A e T568B (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Figura 4: Cablaggio T568B mostrato in un connettore RJ45 (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

La scelta dello standard più adatto dipende dalle esigenze di progettazione individuali e dall'utilizzo di un cavo passante o di un cavo di crossover. Il cavo passante (cavo patch) rispetta lo stesso standard di cablaggio alle due estremità, mentre il cavo di crossover collega gli stessi tipi di dispositivi avendo T568A su un'estremità e T568B sull'altra. I cavi arrotolati o rollover sono piatti e collegano i dispositivi a una porta della console di commutazione di rete. Vengono utilizzati solo per stabilire un'interfaccia e non trasmettono dati.

Loopback e T1 sono altri due termini comuni quando si parla di connettori. Il loopback è un tipo di connessione che consente a un computer di interfacciarsi con se stesso e che può essere utilizzato per la diagnostica, la risoluzione dei problemi e la connessione con i server. Le linee T1, anche se molto meno comuni rispetto a 15-20 anni fa, sono linee dedicate direttamente da un fornitore di servizi di telecomunicazione a un utente finale, che offrono velocità più elevate e possono trasportare sia voce che dati.

Considerazioni finali sulla progettazione per RJ45

I connettori RJ45 che si interfacciano con una rete Ethernet devono tener conto di diverse considerazioni tecniche durante la progettazione. A livello di scheda, l'attenzione è rivolta alla riduzione delle EMI, al mantenimento dell'isolamento dei segnali elettrici e all'integrità dei segnali. Senza addentrarci troppo nei dettagli della progettazione dei circuiti, è importante prestare molta attenzione alla lunghezza e alla posizione delle tracce sulla scheda. Occorre anche considerare la collocazione fisica dei connettori sulla scheda.

Per quanto riguarda i componenti magnetici, anche questi devono essere presi in considerazione se si aggiunge Ethernet cablata a un progetto, poiché sono inclusi nelle specifiche Ethernet per le reti 10/100/1000 Base-T. I componenti magnetici sono componenti a filo avvolto (come i trasformatori) che forniscono una schermatura EMI, proteggono da guasti e transitori e offrono isolamento elettrico e bilanciamento del segnale. Devono essere isolati e tenuti il più vicino possibile ai connettori RJ45.

Esistono due opzioni per aggiungere componenti magnetici a un progetto. La prima consiste nel selezionare un connettore RJ45 che li integra nell'alloggiamento. I connettori con componenti elettromagnetici RJ45 offrono i vantaggi di una migliore schermatura EMI e di connessioni più affidabili. La seconda opzione consiste nell'aggiungere un modulo magnetico alla scheda tra il chip PHY (implementazione Ethernet) e la normale presa RJ45. I moduli magnetici tendono a essere più economici dei connettori integrati e offrono una migliore protezione dalle scariche elettrostatiche (ESD). Entrambe le opzioni presentano vantaggi e svantaggi che dovranno essere valutati in base al progetto del sistema complessivo.

Conclusione

Come altri connettori modulari, i connettori RJ45 offrono facilità di progettazione, installazione rapida e semplice, ampia scelta e accessibilità per l'utente. Sono stati accettati in tutto il mondo per applicazioni di reti domestiche e di uffici e stanno trovando sempre più consensi in fabbrica e negli ambienti difficili.

Same Sky offre un'ampia gamma di connettori RJ45 con diverse opzioni, tra cui componenti magnetici integrati, PoE, indicatori LED e altro.