ตัวเชื่อมต่อ RJ45 – สิ่งที่คุณต้องรู้

หลังจาก AT&T เปิดตัวในปี 1960 เพื่อแทนที่ตัวเชื่อมต่อโทรศัพท์ขนาดใหญ่ ตัวเชื่อมต่อแบบแยกส่วนได้กลายเป็นส่วนสำคัญของบริการด้านการสื่อสารและข้อมูลทั่วโลก ในขณะที่เริ่มกำหนดเป้าหมายการเชื่อมต่อโทรศัพท์ ตัวเชื่อมต่อแบบแจ็คที่ลงทะเบียน (RJ) ได้ขยายตัวในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเพื่อรวมการสื่อสารข้อมูลด้วย สิ่งนี้นำไปสู่สิ่งที่อาจเป็นตัวเชื่อมต่อโมดูลาร์ที่รู้จักมากที่สุดในปัจจุบัน คอนเน็กเตอร์ RJ45 ซึ่งใช้ในเครือข่ายคอมพิวเตอร์และโดยทั่วไปเรียกว่าคอนเน็กเตอร์สำหรับเชื่อมต่ออีเธอร์เน็ต แม้ว่าจะใช้กันอย่างแพร่หลาย บทความนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ภาพรวมเชิงลึกเกี่ยวกับตัวเชื่อมต่อ RJ45 ทั้งหมด รวมถึงคุณสมบัติและความสามารถพื้นฐาน แอปพลิเคชัน มาตรฐาน และอื่น ๆ

พื้นฐานของ RJ45

ในระดับพื้นฐานที่สุด ตัวเชื่อมต่อ RJ45 เป็นอุปกรณ์เชื่อมต่อแบบแยกส่วนที่จับคู่กับสายเคเบิลที่ส่งการสื่อสารข้อมูลไปยังระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ประกอบด้วยหน้าสัมผัส 8 เส้นและตำแหน่งสาย 8 เส้นที่ใช้สำหรับสัญญาณหรือกำลัง ซึ่งหมายความว่าอนุญาตให้มีสายบิดเกลียว 4 คู่ แม้ว่าการตั้งค่าตำแหน่ง 8 หน้าสัมผัส 8 ตำแหน่งจะทำให้ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้คล้ายกับตัวเชื่อมต่อ 8P8C อื่น ๆ ตัวเชื่อมต่อ RJ45 จริงยังมีแท็บที่อนุญาตให้ใส่อุปกรณ์ในทิศทางเดียวเท่านั้นด้วยซ็อกเก็ตที่เข้ากันได้เพื่อป้องกันการเชื่อมต่อที่ไม่เหมาะสม แม้ว่าตัวเชื่อมต่อ 8P8C ส่วนใหญ่จะเรียกว่า RJ45 แต่ก็ไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากตัวเชื่อมต่อ 8P8C สามารถเสียบเข้ากับซ็อกเก็ต RJ45 ได้ แต่ตัวเชื่อมต่อ RJ45 ไม่สามารถเสียบเข้ากับซ็อกเก็ต 8P8C ได้

เช่นเดียวกับคอนเน็กเตอร์โมดูลาร์ อื่น ๆ คอนเน็กเตอร์ RJ45 เองมีข้อดีมากมาย เช่น ต้นทุนต่ำ การประกอบตัวเชื่อมต่อและสายไฟแบบไม่มีการเชื่อม การผลิตสายเคเบิลแบบกำหนดเองอย่างรวดเร็ว การใส่และการถอดที่ง่ายดาย การประกอบภาคสนามอย่างง่ายด้วยเครื่องมือที่เรียบง่าย และความสามารถในการปรับแต่งสายเคเบิลในสถานที่ นอกเหนือจากประโยชน์พื้นฐานเหล่านี้แล้ว ตัวเชื่อมต่อ RJ45 ยังสามารถนำเสนอคุณสมบัติเพิ่มเติมหลายประการ ได้แก่:

• ป้องกัน – ยกเลิกเอฟเฟกต์ของ EMI/RFI
• การคีย์ – รับรองการแทรกที่เหมาะสม
• ความสามารถในการติดตั้งต่าง ๆ – อนุญาตให้ใช้วิธีแผง กระดาน พื้นผิว หรือรูเจาะ
• จอแสดงผลและตัวบ่งชี้ – แสดงสถานะการเชื่อมต่อ
• มีแม่เหล็กในตัว – ช่วยให้ป้องกันได้ดีขึ้นพร้อมการป้องกันกระแสไฟ
• Hi-Rel – ให้การปกป้องฮาร์ดแวร์และการเชื่อมต่อ

การใช้งานและแอพพลิเคชั่นของ RJ45

ตัวเชื่อมต่อ RJ45 มักใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่เปิดใช้งานอินเทอร์เน็ตกับอุปกรณ์เครือข่ายอื่น ตัวอย่างเช่น พีซีที่เชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ เราเตอร์ โมเด็ม สมาร์ททีวี เกมคอนโซล หรืออุปกรณ์ใด ๆ ที่ใช้โปรโตคอลอีเทอร์เน็ต การเชื่อมต่อแบบเดินสายที่คอนเน็กเตอร์ RJ45 จัดเตรียมไว้ช่วยให้ข้อมูลมีความเร็วมากขึ้น เสถียรภาพที่ดีขึ้น และความปลอดภัยที่สูงขึ้น ทำให้การเชื่อมต่อ RJ45 น่าสนใจสำหรับการใช้งานระดับมืออาชีพและการใช้งานส่วนตัว

รูปที่ 1: ขั้วต่อ RJ45 มีอยู่ในอุปกรณ์เครือข่ายหลายประเภท (ที่มาของภาพ:Same Sky)

คุณสมบัติและความสามารถที่เพิ่มเข้ามา เช่น ความเร็วและความทนทานที่เพิ่มขึ้นในสายผลิตภัณฑ์ RJ45 ทำให้ระบบเชื่อมต่อโครงข่ายนี้ใช้ได้กับการใช้งานภายนอกสำนักงานหรือเครือข่ายในบ้าน ในขณะที่การแนะนำโปรโตคอล EtherCAT ได้นำไปสู่การใช้งานที่เพิ่มขึ้นในโรงงานและอื่น ๆ ที่มากกว่านั้น การใช้งานที่ใหม่กว่าบางตัวที่ใช้เทคโนโลยี RJ45 ได้แก่:

• ระบบอัตโนมัติในโรงงาน
• การควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม
• วิทยาการหุ่นยนต์อุตสาหกรรม (การผลิตและการประกอบ)
• ระบบทดสอบและวัดผล
• ระบบควบคุมคุณภาพ
• ระบบและอุปกรณ์ Voice Over Internet Protocol (VOIP)
• อุปกรณ์เครือข่าย Internet of Things (IoT)

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับมาตรฐานคอนเน็กเตอร์ RJ45

มีมาตรฐานที่เกี่ยวข้องหลายประการสำหรับคอนเน็กเตอร์ RJ45 ขึ้นอยู่กับการใช้งานและวัตถุประสงค์การใช้งาน มาตรฐานที่เกี่ยวข้องเหล่านี้ได้สรุปไว้โดยย่อไว้ที่นี่ แต่มาตรฐานต่าง ๆ จะระบุไว้ในรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลัง:

• ANSI/TIA 1096-A – ครอบคลุมลักษณะทางกลพื้นฐาน ขนาดทางกายภาพ และข้อกำหนดการติดต่อสำหรับอุปกรณ์ RJ45
• T-568A และ T-568B – มาตรฐานการเดินสายและพินเอาต์พื้นฐาน
• IEEE 802.3at, 802.3af และ 802.3bt – มาตรฐานการจ่ายไฟผ่านอีเทอร์เน็ต (PoE) แบบต่างๆ สำหรับขั้วต่อ RJ45 ที่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ปลายทางได้
• IEEE 1394 – โครงสร้างบัสอินเทอร์เฟซข้อมูลที่ใช้กับ RJ45

มาตรฐานอื่นๆ ที่หลากหลายกำหนดสายเคเบิลหรือสายไฟที่ใช้สำหรับอุปกรณ์ RJ45 ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันปลายทาง

อีเธอร์เน็ตและ EtherCAT

RJ45 และอีเธอร์เน็ตเป็นคำสองคำที่จับมือกัน มาตรฐานอีเทอร์เน็ต (IEEE 802.3) ที่พัฒนาโดย IEEE ในปี 1980 กำหนดกฎสำหรับการกำหนดค่าเครือข่ายอีเทอร์เน็ต (การเชื่อมต่อ) จำนวนตัวนำที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อ ประสิทธิภาพที่คาดหวัง และเฟรมเวิร์กการส่งข้อมูล ยังคงเป็นเทคโนโลยี LAN ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นที่นิยมทั่วโลก เนื่องจากใช้งานง่าย ราคา ความเร็ว และรองรับโปรโตคอลเครือข่ายที่กว้างขวาง โดยมีตัวเชื่อมต่อ RJ45 เป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่ใช้ในการตั้งค่าเครือข่าย

อีเทอร์เน็ตสำหรับเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ (EtherCAT) เปิดตัวในปี 2546 เป็นโปรโตคอลเครือข่ายที่มีความยืดหยุ่นสูงที่ใช้โดยอุตสาหกรรมสำหรับระบบอัตโนมัติในโรงงานแบบเรียลไทม์ การทดสอบและการวัด และอื่น ๆ ถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEC 61158 และทำงานด้วยความเร็วสูงและมีประสิทธิภาพสูง เครือข่าย EtherCAT ใช้พอร์ต RJ45 สองพอร์ตโดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์พิเศษอื่นๆ RJ45 ตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับโหนดก่อนหน้าในเครือข่าย และอีกตัวเชื่อมต่อกับโหนดถัดไป ซึ่งช่วยให้ใช้แบนด์วิดท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

หมวดหมู่สายเคเบิลอีเธอร์เน็ต

การเดินสายที่ใช้ในเครือข่าย Ethernet และ EtherCAT มีหลายประเภทตั้งแต่ Cat5 และ Cat6 จนถึง Cat7 และแม้แต่ Cat8 ใหม่ มาตรฐานสายเคเบิลแต่ละรายการมีตัวชี้วัดประสิทธิภาพที่แตกต่างกันอย่างมาก แต่ทั้งหมดยังคงใช้ตัวเชื่อมต่อ RJ45 เดียวกัน ซึ่งหมายความว่าสายเคเบิลแต่ละสายจะประกอบด้วยสาย 8 สายและสายคู่บิดเกลียว 4 คู่ โดยไม่คำนึงถึงมาตรฐานใด ๆ ซึ่งตรงกับการกำหนดค่า 8P8C ของ RJ45

Cat5 ส่วนใหญ่ล้าสมัย ณ จุดนี้ด้วยสายเคเบิล Cat5e ที่เร็วกว่า Cat5 ถึง 10 เท่าและมีความต้านทานสัญญาณครอสทอล์คหรือการรบกวนที่ดีขึ้น ถัดไป Cat6 ปรับปรุงความจุแบนด์วิดท์เหนือ Cat5e ลดครอสทอล์คและสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมผ่านการชีลด์ และยังคงเข้ากันได้กับ Cat5/5e รุ่นเก่า มักใช้ในการติดตั้งเครือข่ายที่ต้องการความเร็วระดับกิกะบิต Cat6a ที่ใหม่กว่าประกอบด้วยปลอกพลาสติกหนาเพื่อลดการครอสทอล์คให้ดียิ่งขึ้นไปอีก และช่วยให้เดินสายได้ยาวขึ้นถึง 328 ฟุต Cat7 และ Cat7a จะเพิ่มความจุแบนด์วิดท์ทีละน้อย

ตารางที่ 1: ข้อมูลจำเพาะหมวดสายเคเบิลอีเทอร์เน็ต (แหล่งรูปภาพ: อุปกรณ์ CUI)

Power over Ethernet (PoE)

นอกจากการถ่ายทอดสัญญาณข้อมูลแล้ว ตัวเชื่อมต่อ RJ45 ยังให้ความสามารถในการส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อด้วยการใช้ประโยชน์จากคู่สายบิดที่ไม่ได้ใช้ในสายเคเบิลอีเทอร์เน็ต เทคนิค Power over Ethernet (PoE) นี้กำหนดโดยมาตรฐาน IEEE 802.3af และการทำซ้ำที่ยังคงเพิ่มความสามารถในการส่งพลังงาน

ตารางที่ 2: มาตรฐานการจ่ายไฟผ่านอีเทอร์เน็ต (แหล่งรูปภาพ: Same Sky)

ความสามารถในการจ่ายไฟ DC ให้คู่สายเหล่านี้ช่วยลดความจำเป็นในการเดินสายไฟฟ้าแยกต่างหาก โดยไม่ต้องใช้สายไฟฟ้า เต้ารับ หรือการติดตั้งแยกจากกัน PoE เติบโตอย่างรวดเร็วด้วยการประหยัดต้นทุนและความยืดหยุ่น PoE ยังได้รับการออกแบบมาให้ปลอดภัย เชื่อถือได้ และปรับขนาดได้

รูปที่ 2: หัวฉีด PoE ให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับอีเธอร์เน็ต (แหล่งรูปภาพ: Same Sky)

มาตรฐาน T568A และ T568B

T568A และ T568B เป็นมาตรฐานพินเอาต์ RJ45 สองมาตรฐานที่ระบุการกำหนดสายไฟ 8 เส้นภายในขั้วต่อ ต้องเสียบสายไฟที่มีรหัสสีเหล่านี้ลงในตำแหน่งพินเอาต์ที่ระบุอย่างถูกต้องเพื่อการทำงานที่เหมาะสมของเครือข่ายอีเทอร์เน็ต T568A ให้ความเข้ากันได้แบบย้อนหลังสำหรับการเดินสายรุ่นเก่า และ T568B ให้การแยกสัญญาณและการป้องกันเสียงรบกวนที่ดีกว่า ตัวเชื่อมต่อแบบพาสทรู RJ45 ช่วยให้สามารถป้อนสายไฟผ่านตัวเชื่อมต่อและตัดแต่งในระหว่างกระบวนการจีบเพื่อให้จัดตำแหน่งได้ง่ายขึ้น

รูปที่ 3: พิน T568A และ T568B (แหล่งรูปภาพ: Same Sky)

รูปที่ 4: การเดินสาย T568B ที่แสดงในขั้วต่อ RJ45 (แหล่งรูปภาพ: Same Sky)

การตัดสินใจเลือกมาตรฐานที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับความต้องการในการออกแบบส่วนบุคคล และไม่ว่าจะใช้สายเคเบิลแบบตรงหรือแบบครอสโอเวอร์ ทางตรง (สายแพตช์) มีมาตรฐานการเดินสายเดียวกันที่ปลายแต่ละด้าน ในขณะที่สายครอสโอเวอร์เชื่อมต่ออุปกรณ์ประเภทเดียวกันโดยมี T568A ที่ปลายด้านหนึ่งและ T568B ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง สายเคเบิลแบบม้วนหรือแบบโรลโอเวอร์เป็นแบบแบนและเชื่อมต่ออุปกรณ์กับพอร์ตคอนโซลสวิตช์เครือข่าย ใช้เพื่อสร้างอินเทอร์เฟซและไม่ส่งข้อมูล

Loopback และ T1 เป็นคำศัพท์ทั่วไปอีกสองคำที่อาจได้ยิน ลูปแบ็คเป็นการเชื่อมต่อประเภทหนึ่งที่ช่วยให้คอมพิวเตอร์สามารถเชื่อมต่อกับตัวเองได้ ซึ่งอาจใช้สำหรับการวินิจฉัย การแก้ไขปัญหา และการเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ สาย T1 ซึ่งพบได้ทั่วไปน้อยกว่าเมื่อ 15-20 ปีก่อน เป็นสายเฉพาะโดยตรงจากผู้ให้บริการโทรคมนาคมไปยังผู้ใช้ปลายทาง ซึ่งให้ความเร็วสูงกว่าและสามารถบรรทุกได้ทั้งเสียงและข้อมูล

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบขั้นสุดท้ายสำหรับ RJ45

ตัวเชื่อมต่อ RJ45 ที่จะเชื่อมต่อกับเครือข่ายอีเทอร์เน็ตมีข้อควรพิจารณาทางเทคนิคหลายประการที่ควรคำนึงถึงในระหว่างการออกแบบ ที่ระดับบอร์ด จุดเน้นอยู่ที่การลด EMI การรักษาการแยกสัญญาณไฟฟ้า และการรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ โดยไม่ต้องเจาะลึกรายละเอียดของการออกแบบวงจรมากเกินไป สิ่งสำคัญคือต้องใส่ใจกับความยาวและตำแหน่งของร่องรอยบนกระดานอย่างใกล้ชิด ควรพิจารณาตำแหน่งทางกายภาพของตัวเชื่อมต่อบน PCB ด้วย

เมื่อพูดถึงแม่เหล็ก จะต้องพิจารณาหากเพิ่มอีเทอร์เน็ตแบบมีสายเข้าไปในการออกแบบ เนื่องจากรวมอยู่ในข้อกำหนดอีเทอร์เน็ตสำหรับเครือข่าย 10/100/1000 Base-T แม่เหล็กเป็นส่วนประกอบแบบพันลวด (เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า) ที่ให้การป้องกัน EMI ป้องกันความผิดพลาดและชั่วคราว และให้การแยกทางไฟฟ้าและการสร้างสมดุลของสัญญาณ ต้องแยกและเก็บไว้ใกล้กับขั้วต่อ RJ45 ให้มากที่สุด

มีสองตัวเลือกในการเพิ่มแม่เหล็กลงในการออกแบบ ตัวเลือกที่หนึ่งคือการเลือกขั้วต่อ RJ45 ที่มีแม่เหล็กในตัวในตัวเครื่อง แจ็คแม่เหล็ก RJ45 นำเสนอประโยชน์ของการป้องกัน EMI ที่ได้รับการปรับปรุงและการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้มากขึ้น ตัวเลือกที่สองคือการเพิ่มโมดูลแม่เหล็กลงใน PCB ระหว่างชิป PHY (การใช้งานอีเธอร์เน็ต) และแจ็ค RJ45 ปกติ โมดูล Magnetics มักจะมีราคาถูกกว่าตัวเชื่อมต่อแบบรวมในขณะที่ให้การป้องกันไฟฟ้าสถิต (ESD) ที่ดีกว่า ทั้งสองตัวเลือกมีข้อดีและข้อเสียที่จะต้องชั่งน้ำหนักตามการออกแบบระบบโดยรวม

สรุป

เช่นเดียวกับตัวเชื่อมต่อโมดูลาร์อื่นๆ ตัวเชื่อมต่อ RJ45 นำเสนอการออกแบบที่ง่ายดาย การติดตั้งที่รวดเร็วและง่ายดาย ความกว้างของผลิตภัณฑ์ และการเข้าถึงของผู้ใช้ พวกเขาได้รับการยอมรับจากทั่วโลกสำหรับการใช้งานเครือข่ายในบ้านและสำนักงาน และกำลังพบกับการยอมรับที่เพิ่มขึ้นในโรงงานและในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย

Same Sky นำเสนอ คอนเน็กเตอร์ RJ45 ที่หลากหลายโดยมีตัวเลือกมากมายรวมถึงแม่เหล็กในตัว, PoE, ไฟ LED และอื่น ๆ