RJ45-Steckverbinder - Wichtige Informationen (2024)

Seit ihrer Einführung in den 1960er Jahren durch AT&T als Ersatz für sperrige Telefonstecker sind modulare Steckverbinder weltweit ein fester Bestandteil von Kommunikations- und Datendiensten. Ursprünglich waren sie für Telefonverbindungen gedacht, doch im Laufe der Jahre wurden sie auch für die Datenkommunikation verwendet. Daraus entstand der heute wohl bekannteste modulare Steckverbinder, der RJ45-Steckverbinder, der in Computernetzwerken verwendet wird und gemeinhin als Ethernet-Steckverbinder bezeichnet wird. Obwohl sie weit verbreitet sind, soll dieser Artikel einen detaillierten Überblick über alle RJ45-Steckverbinder geben, einschließlich ihrer grundlegenden Merkmale und Fähigkeiten, Anwendungen, Normen und mehr.

RJ45 - Grundlagen

Grundsätzlich sind RJ45-Steckverbinder modulare Verbindungselemente, die über ein Kabel die Datenkommunikation mit verschiedenen elektronischen Systemen ermöglichen. Sie enthalten 8 Kontakte und 8 Drahtpositionen, die für Signale oder Strom verwendet werden, d.h. sie ermöglichen 4 verdrillte Drahtpaare. Obwohl sie mit ihren 8 Kontakten und 8 Positionen anderen 8P8C-Steckverbindern ähneln, sind RJ45-Steckverbinder zusätzlich mit einer Lasche versehen, die das Einstecken des Geräts nur in einer Ausrichtung mit einer kompatiblen Buchse erlaubt, um falsche Verbindungen zu verhindern. Obwohl die meisten 8P8C-Stecker als RJ45 bezeichnet werden, ist dies nicht ganz korrekt, da 8P8C-Stecker in RJ45-Buchsen eingesteckt werden können, RJ45-Stecker jedoch nicht in 8P8C-Buchsen.

Wie jeder modulare Steckverbinder bieten auch RJ45-Steckverbinder eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. niedrige Kosten, lötfreie Montage von Steckverbinder und Verdrahtung, schnelle Herstellung von kundenspezifischen Kabeln, einfaches Einstecken und Trennen, einfache Montage vor Ort mit einfachen Werkzeugen und die Möglichkeit, Kabel vor Ort anzupassen. Abgesehen von diesen grundlegenden Vorteilen bieten RJ45-Steckverbinder noch verschiedene zusätzliche Merkmale:

• Abschirmung - unterdrückt die Auswirkungen von EMI/RFI
• Kodierung - gewährleistet das korrekte Einfügen
• Verschiedene Montagemöglichkeiten - für Panel-, Board-, Oberflächen- oder Durchsteckmontagemethoden
• Anzeigen und Indikatoren - zeigt den Verbindungsstatus an
• Integrierte Abschirm-/Filterkomponenten - ermöglichen eine bessere Abschirmung und Stromschutz
• Verstärkungselemente - bietet Schutz für die Hardware und die Verbindung

Einsatzbereiche und Anwendungen für RJ45

RJ45-Steckverbinder werden am häufigsten verwendet, um ein internetfähiges Gerät mit einem anderen Netzwerkgerät zu verbinden. Zum Beispiel ein PC, der mit einem Server, Router, Modem, Smart-TV, einer Spielkonsole oder einem anderen Gerät verbunden ist, das das Ethernet-Protokoll verwendet. Die festverdrahtete Verbindung, die RJ45-Anschlüsse bieten, ermöglicht höhere Datengeschwindigkeiten, verbesserte Stabilität und höhere Sicherheit. Dies macht RJ45-Anschlüsse sowohl für den professionellen als auch für den privaten Gebrauch attraktiv.

Abbildung 1: RJ45-Stecker sind in einer Reihe von Netzwerkgeräten zu finden (Bildquelle: CUI Devices)

Zusätzliche Merkmale und Fähigkeiten, wie erhöhte Geschwindigkeit und Robustheit, der RJ45-Produktlinie haben dieses Verbindungssystem auch für Anwendungen außerhalb von Büro- oder Heimnetzwerken einsetzbar gemacht, während die Einführung des EtherCAT-Protokolls zu einem verstärkten Einsatz in der Fabrik und darüber hinaus geführt hat. Einige der neueren Anwendungen, die die RJ45-Technologie verwenden, sind:

• Fabrikautomation
• Industrielle Prozesssteuerung
• Industrielle Robotik (Fertigung und Baugruppen)
• Prüf- und Messgeräte
• Systeme zur Qualitätskontrolle
• Systeme und Geräte mit Voice-over-Internet-Protokoll (VOIP)
• Netzwerkgeräte für das Internet der Dinge (IoT)

Einführung in die RJ45-Steckernormen

Es gibt mehrere Normen für RJ45-Steckverbinder, je nach Anwendung und Verwendungszweck. Diese geltenden Normen werden hier kurz zusammengefasst, einige Normen werden jedoch später ausführlicher beschrieben:

• ANSI/TIA 1096-A - umfasst die grundlegenden mechanischen Eigenschaften, physikalischen Abmessungen und Kontaktanforderungen für RJ45-Geräte
• T-568A und T-568B - die grundlegenden Verdrahtungs- und Belegungsstandards
• IEEE 802.3at, 802.3af und 802.3bt - die verschiedenen Power-over-Ethernet-Standards (PoE) für RJ45-Anschlüsse, die das Endgerät mit Strom versorgen können
• IEEE 1394 - Datenschnittstellen-Busstruktur, die mit RJ45 verwendet wird

Eine Vielzahl anderer Normen definiert die Kabel oder Drähte, die für RJ45-Geräte verwendet werden, wiederum weitgehend abhängig von der Endanwendung.

Ethernet und EtherCAT

RJ45 und Ethernet sind zwei Begriffe, die Hand in Hand gehen. Der in den 1980er Jahren vom IEEE entwickelte Ethernet-Standard (IEEE 802.3) definiert die Regeln für die Konfiguration eines Ethernet-Netzwerks (Verbindungen), die Anzahl der für eine Verbindung erforderlichen Leiter, die erwartete Leistung und einen Rahmen für die Datenübertragung. Es ist nach wie vor die am weitesten verbreitete und beliebteste LAN-Technologie auf der ganzen Welt aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit, der Kosten, der Geschwindigkeit und der breiten Unterstützung von Netzwerkprotokollen mit RJ45-Anschlüssen, die als Standardgeräte bei der Netzwerkeinrichtung verwendet werden.

Das 2003 eingeführte EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein hochflexibles Netzwerkprotokoll, das von der Industrie für die Echtzeit-Fertigungsautomatisierung, Test- und Messverfahren und vieles mehr verwendet wird. Es ist durch die IEC-Norm 61158 definiert und arbeitet mit hohen Geschwindigkeiten und großer Effizienz. EtherCAT-Netzwerke nutzen zwei RJ45-Ports, ohne dass weitere spezielle Hardware erforderlich ist. Ein RJ45-Anschluss ist mit dem vorherigen Knoten im Netzwerk verbunden und der andere mit dem nächsten Knoten, was eine effiziente Nutzung der Bandbreite ermöglicht.

Ethernet-Verkabelungskategorien

Die in Ethernet- und EtherCAT-Netzwerken verwendeten Kabel werden in verschiedenen Ausführungen angeboten, von Cat5 und Cat6 bis hin zu Cat7 und sogar der neuen Cat8. Die einzelnen Kabelstandards bieten sehr unterschiedliche Leistungskennzahlen, verwenden aber alle dieselben RJ45-Stecker. Das bedeutet, dass jedes Kabel, unabhängig von der Norm, aus 8 Adern und 4 verdrillten Adernpaaren besteht, was der 8P8C-Konfiguration des RJ45 entspricht.

Cat5 ist heute dank Cat5e-Kabeln, die bis zu 10-mal schneller als Cat5 sind und eine bessere Resistenz gegen Übersprechen oder Störungen bieten, weitgehend überholt. Darüber hinaus verbessert Cat6 die Bandbreitenkapazität gegenüber Cat5e, reduziert durch die Abschirmung das Übersprechen und die Interferenzen weiter und bleibt abwärtskompatibel mit Cat5/5e. Es wird häufig in Netzwerkinstallationen verwendet, die Gigabit-Geschwindigkeiten benötigen. Das neuere Cat6a verfügt über ein dickes Kunststoffgehäuse für eine weitere Reduzierung des Übersprechens und ermöglicht längere Kabelstrecken von bis zu 100 Metern. Cat7 und Cat7a erhöhen jeweils schrittweise die Bandbreitenkapazität.

Tabelle 1: Spezifikationen für Ethernet-Kabelkategorien (Bildquelle: CUI Devices)

Power-over-Ethernet (PoE)

Zusätzlich zur Weiterleitung von Datensignalen bieten RJ45-Steckverbinder die Möglichkeit, elektrische Energie an die angeschlossenen Geräte zu liefern, indem sie die ungenutzten verdrillten Adernpaare in Ethernet-Kabeln nutzen. Diese Power-over-Ethernet(PoE)-Technik wird durch den IEEE-Standard 802.3af und seine Iterationen definiert, die die Stromversorgungsfähigkeit weiter verbessern.

Tabelle 2: Power-over-Ethernet-Standards (Bildquelle: CUI Devices)

Durch die Möglichkeit der Gleichstromversorgung über diese Adernpaare entfällt die Notwendigkeit einer separaten Verdrahtung für die Versorgung. Da keine separaten Stromkabel, Steckdosen oder Installationen erforderlich sind, hat sich PoE dank der damit verbundenen Kosteneinsparungen und Flexibilität schnell durchgesetzt. PoE ist außerdem sicher, zuverlässig und skalierbar.

Abbildung 2: PoE-Injektoren versorgen über Ethernet angeschlossene Geräte mit Strom (Bildquelle: CUI Devices)

Normen T568A und T568B

T568A und T568B sind die beiden RJ45-Standards für die Pinbelegung, die die Belegung der 8 Drähte innerhalb des Steckers festlegen. Diese farbcodierten Drähte müssen korrekt in die angegebenen Steckplätze eingesteckt werden, damit ein Ethernet-Netzwerk ordnungsgemäß funktioniert. T568A bietet Abwärtskompatibilität für ältere Verkabelungen und T568B bietet eine bessere Signaltrennung und Rauschschutz. Bei RJ45-Durchgangssteckern können die Drähte durch den Stecker geführt und während des Crimpvorgangs zur leichteren Ausrichtung abgeschnitten werden.

Abbildung 3: Pinbelegung T568A und T568B (Bildquelle: CUI Devices)

Abbildung 4: T568B-Verdrahtung in einem RJ45-Anschluss (Bildquelle: CUI Devices)

Die Entscheidung, welche Norm geeignet ist, hängt von den individuellen Designanforderungen ab und davon, ob ein Durchgangskabel oder ein Crossover-Kabel verwendet wird. Durchgangskabel (Patch-Kabel) haben an beiden Enden den gleichen Verdrahtungsstandard, während Crossover-Kabel die gleichen Gerätetypen verbinden, indem sie an einem Ende T568A und am anderen Ende T568B verwenden. Aufgerollte oder überlappende Kabel sind flach und verbinden Geräte mit einem Konsolenanschluss eines Netzwerk-Switches. Sie dienen nur zur Einrichtung einer Schnittstelle und übertragen keine Daten.

Loopback und T1 sind zwei weitere gängige Begriffe, die man hören kann. Loopback ist eine Verbindungsart, die es einem Computer ermöglicht, mit sich selbst in Kontakt zu treten, was zur Diagnose, Fehlersuche und Verbindung mit Servern genutzt werden kann. T1-Leitungen sind zwar viel weniger verbreitet als noch vor 15 bis 20 Jahren, aber es handelt sich um Standleitungen, die direkt von einem Telekommunikationsdienstleister zum Endnutzer führen, höhere Geschwindigkeiten bieten und sowohl Sprache als auch Daten übertragen können.

Abschließende Designüberlegungen für RJ45

Bei RJ45-Steckverbindern, die mit einem Ethernet-Netzwerk verbunden werden sollen, müssen bei der Entwicklung mehrere technische Aspekte berücksichtigt werden. Auf der Platinenebene liegt der Schwerpunkt auf der Reduzierung der EMI, der Erhaltung der elektrischen Signalisolierung und der Signalintegrität. Ohne zu sehr in die Details des Schaltungsentwurfs einzutauchen, ist es wichtig, genau auf die Länge und Position der Leiterbahnen auf der Platine zu achten. Die Platzierung der Anschlüsse auf der Platine sollte ebenfalls berücksichtigt werden.

Wenn es um Abschirm-/Filterelemente geht, müssen sie berücksichtigt werden, wenn ein kabelgebundenes Ethernet in ein Design integriert wird, da sie in der Ethernet-Spezifikation für 10/100/1000 Base-T-Netzwerke enthalten sind. Abschirm-/Filterkomponenten sind drahtgewickelte Komponenten (Spulen, Übertrager), die EMI-Abschirmung bieten, vor Fehlern und Transienten schützen und elektrische Isolierung und Signalausgleich bieten. Sie müssen isoliert und so nah wie möglich an den RJ45-Steckern gehalten werden.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Abschirm-/Filterkomponenten in ein Design zu integrieren. Die erste Option besteht darin, einen RJ45-Stecker mit integrierten Spulen im Gehäuse zu wählen. Die RJ45-Buchsen mit Abschirm-/Filterkomponenten bieten die Vorteile einer besseren EMI-Abschirmung und zuverlässigerer Verbindungen. Die zweite Möglichkeit besteht darin, ein Filtermodul auf der Platine zwischen dem PHY-Chip (Ethernet-Implementierung) und der normalen RJ45-Buchse anzubringen. Filtermodule sind in der Regel billiger als integrierte Steckverbinder und bieten gleichzeitig einen besseren Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD). Beide Optionen haben Vor- und Nachteile, die auf der Grundlage des gesamten Systemdesigns abgewogen werden müssen.

Fazit

Wie andere modulare Steckverbinder bieten auch RJ45-Steckverbinder ein einfaches Design, eine schnelle und einfache Installation, eine große Produktvielfalt und eine hohe Benutzerfreundlichkeit. Sie haben sich weltweit für Heim- und Büronetzwerke durchgesetzt und werden zunehmend auch in der Fabrik und in rauen Umgebungen eingesetzt.

CUI Devices bietet eine breite Palette von RJ45-Steckverbindern mit einer Vielzahl von Optionen wie integrierten Abschirm-/Filterkomponenten, PoE, LED-Indikatoren und mehr.