Conectores RJ45 – O que você precisa saber

Após sua introdução na década de 60 pela AT&T para substituir os conectores volumosos de telefone, os conectores modulares têm sido um dos principais serviços de comunicação e dados em todo o mundo. Embora inicialmente visavam as conexões telefônicas, os conectores RJ (Registered Jack) se expandiram ao longo dos anos para incluir também a comunicação de dados. Isto levou ao que poderia ser o conector modular mais reconhecido atualmente, o conector RJ45, que é usado em aplicações de redes de computadores e é comumente referido como um conector Ethernet. Embora amplamente utilizado, este artigo visa fornecer uma visão aprofundada sobre todas as coisas relacionadas aos conectores RJ45, incluindo suas características e capacidades básicas, aplicações, padrões e muito mais.

Noções básicas de RJ45

Em um nível mais básico, os conectores RJ45 são dispositivos modulares de interconexão emparelhados com um cabo que fornecem comunicação de dados a vários sistemas eletrônicos. Eles contêm 8 contatos e 8 posições de fios utilizados para sinais ou alimentação, o que significa que permitem 4 pares de fios trançados. Embora esta configuração de 8 contatos e 8 posições os torne similares a outros conectores 8P8C, os conectores RJ45 atuais apresentam ainda uma aba que permite apenas a inserção do dispositivo em uma orientação com um soquete compatível para evitar conexões inadequadas. Embora a maioria dos conectores 8P8C sejam referidos como RJ45, isto não é totalmente exato porque os conectores 8P8C podem ser conectados em soquetes RJ45, mas os conectores RJ45 não podem ser conectados em soquetes 8P8C.

Como em qualquer conector modular, os conectores RJ45 oferecem uma variedade de benefícios, tais como baixo custo, montagem sem solda de conector e fiação, produção rápida de cabos personalizados, inserção e remoção simples, montagem fácil no campo com ferramentas simples e a capacidade de personalizar os cabos no local. Fora desses benefícios básicos, os conectores RJ45 também podem oferecer várias características adicionais, incluindo:

• Blindagem – cancela os efeitos do EMI/RFI
• Polarização – garante a inserção adequada
• Várias capacidades de montagem – permite métodos de montagem em painel, placa, superfície ou furo passante
• Displays e indicadores – indica o status da conexão
• Elementos de indução integrados – permite uma blindagem melhor, mais proteção contra corrente
• Alta confiabilidade – oferece proteção para o hardware e a conexão

Usos e aplicações do RJ45

Os conectores RJ45 são mais comumente usados para conectar um dispositivo habilitado para internet com outro dispositivo de rede. Por exemplo, um PC conectado a um servidor, roteador, modem, TV inteligente, console de jogos ou qualquer dispositivo que utilize o protocolo Ethernet. A conexão cabeada que os conectores RJ45 proporcionam permite maior velocidade de dados, maior estabilidade e maior segurança. Isto torna as conexões RJ45 atraentes tanto para uso profissional quanto para uso pessoal.

Figura 1: Os conectores RJ45 são encontrados em uma série de dispositivos de rede (Fonte da imagem: Same Sky)

As características e capacidades adicionadas, tais como maior velocidade e robustez, para a linha de produtos RJ45 também tornaram este sistema de interconexão aplicável para usos fora do escritório ou da rede doméstica, enquanto a introdução do protocolo EtherCAT levou ao aumento do uso no chão de fábrica e além. Algumas das mais novas aplicações que utilizam a tecnologia RJ45 incluem:

• Automação de Fábrica
• Controle de processos industriais
• Robótica industrial (fabricação e montagem)
• Sistemas de teste e medição
• Sistemas de controle de qualidade
• Sistemas e dispositivos de Voz sobre Protocolo de Internet (VOIP)
• Dispositivos de rede da Internet das Coisas (IoT)

Introdução às normas de conectores RJ45

Há várias normas aplicáveis para conectores RJ45, dependendo de sua aplicação e uso pretendido. Estas normas aplicáveis estão resumidas brevemente aqui, mas várias normas serão delineadas com mais detalhes posteriormente:

• ANSI/TIA 1096-A – cobre as características mecânicas básicas, dimensões físicas e requisitos de contato para os dispositivos RJ45
• T-568A e T-568B – as normas básicas de fiação e pinagem
• IEEE 802.3at, 802.3af e 802.3bt – as várias normas de Alimentação via Ethernet (PoE) para conectores RJ45 capazes de fornecer corrente elétrica para o dispositivo final
• IEEE 1394 – estrutura de barramento de interface de dados usada com RJ45

Uma variedade de outras normas define os cabos ou fios utilizados para os dispositivos RJ45, mais uma vez, dependendo em grande parte da aplicação final.

Ethernet e EtherCAT

RJ45 e Ethernet são dois termos que andam de mãos dadas. Desenvolvida pelo IEEE nos anos 80, a norma Ethernet (IEEE 802.3) define as regras para configurar uma rede Ethernet (conexões), o número de condutores necessários para uma conexão, o desempenho esperado e uma estrutura de transmissão de dados. Ela continua sendo a tecnologia LAN mais amplamente utilizada e popular em todo o mundo devido a sua facilidade de uso, custo, velocidade e amplo suporte de protocolo de rede, sendo os conectores RJ45 os dispositivos padrões utilizados na configuração de rede.

Introduzida em 2003, a Ethernet para Tecnologia de Automação de Controle (EtherCAT) é um protocolo de rede altamente flexível utilizado pela indústria para automação, teste e medição em tempo real da fábrica, e muito mais. Ela é definida pela norma IEC 61158 e opera em alta velocidade com grande eficiência. As redes EtherCAT utilizam duas portas RJ45 sem a necessidade de outro hardware especial. Um RJ45 é conectado ao nó anterior na rede e o outro é conectado ao próximo nó, o que permite o uso eficiente da largura de banda.

Categorias de cabeamento Ethernet

Os cabos usados nas redes Ethernet e EtherCAT são oferecidos em vários tipos diferentes desde Cat5 e Cat6 até Cat7 e até mesmo o novo Cat8. Cada um dos padrões de cabos oferece métricas de desempenho muito diferentes, mas todos ainda utilizam os mesmos conectores RJ45. Isto significa que cada cabo, independentemente do padrão, será composto de 8 fios e 4 pares de fios trançados, o que corresponde à configuração 8P8C do RJ45.

O Cat5 é, na maioria das vezes, obsoleto neste ponto graças aos cabos Cat5e que são até 10 vezes mais rápidos que o Cat5 e oferecem melhor resistência à diafonia ou interferência. O seguinte, o Cat6 melhora a capacidade de largura de banda sobre o Cat5e, reduz ainda mais a diafonia e a interferência via blindagem, e permanece compatível com o Cat5/5e. É frequentemente utilizado em instalações de rede que necessitam de velocidades de gigabits. O mais novo Cat6a incorpora uma carcaça plástica espessa para uma redução ainda maior da diafonia e permite um maior comprimento de cabo de até 100 metros. Cada um do Cat7 e Cat7a aumenta incrementalmente a capacidade da largura de banda.

Tabela 1: Especificações de categoria de cabos Ethernet (Fonte da imagem: Same Sky)

Alimentação via Ethernet (PoE)

Além de retransmitir sinais de dados, os conectores RJ45 oferecem a capacidade de fornecer energia elétrica aos dispositivos conectados, aproveitando os pares de fios trançados não utilizados em cabos Ethernet. Esta técnica de Alimentação via Ethernet (Power over Ethernet ou PoE) é definida pela norma IEEE 802.3af e suas iterações que continuam a aumentar a capacidade do fornecimento de energia.

Tabela 2: Normas da Alimentação via Ethernet (Fonte da imagem: Same Sky)

A capacidade de fornecer alimentação CC sobre estes pares de fios elimina a necessidade de fiação de energia separada. Sem a necessidade de cabos elétricos separados, tomadas ou instalação, o PoE cresceu rapidamente graças a esses que proporcionaram economia de custos e flexibilidade. O PoE também foi projetado para ser seguro, confiável e escalável.

Figura 2: Os injetores PoE fornecem alimentação aos dispositivos conectados via Ethernet (Fonte da imagem: Same Sky)

Normas T568A e T568B

T568A e T568B são as duas normas de pinagem do RJ45 que especificam a atribuição dos 8 fios dentro do conector. Estes fios codificados por cores devem ser inseridos corretamente em seus locais específicos da pinagem, para o funcionamento adequado de uma rede Ethernet. O T568A oferece compatibilidade com versões anteriores da fiação e o T568B oferece melhor isolação de sinal e proteção contra ruído. Os conectores passantes de RJ45 permitem que os fios sejam inseridos através do conector e cortados durante o processo de crimpagem para facilitar o alinhamento.

Figura 3: Pinagem do T568A e T568B (Fonte da imagem: Same Sky)

Figura 4: Fiação do T568B mostrada em um conector RJ45 (Fonte da imagem: Same Sky)

Decidir qual padrão é apropriado dependerá das necessidades individuais de projeto e se um cabo de passagem direta ou cabo cruzado está sendo usado. O de passagem direta (cabo patch) tem o mesmo padrão de fiação em cada extremidade, enquanto o cabo cruzado (ou invertido) conecta os mesmos tipos de dispositivos, tendo o T568A em uma extremidade e o T568B na outra extremidade. Os cabos rollover ou Yost são planos e conectam dispositivos a uma porta de console do comutador de rede. Eles são usados apenas para estabelecer uma interface e não transmitirem dados.

Loopback e T1 são outros dois termos comuns que podem ser ouvidos. Loopback é um tipo de conexão que permite que um computador faça interface com ele mesmo, que pode ser utilizado para diagnóstico, solução de problemas e conexão com servidores. As linhas T1, embora muito menos comuns do que a 15 ou 20 anos atrás, são linhas dedicadas diretamente de um prestador de serviços de telecomunicações para um usuário final, que oferecem velocidades mais altas e podem carregar tanto voz quanto dados.

Considerações finais de projeto para o RJ45

Os conectores RJ45, que farão a interface com uma rede Ethernet, têm várias considerações técnicas a ter em mente durante o projeto. No nível da placa, o foco está na redução da EMI, preservando a isolação do sinal elétrico e mantendo a integridade do sinal. Sem aprofundar muito nos detalhes do projeto do circuito, é importante prestar muita atenção ao comprimento e à posição das trilhas na placa. A colocação física dos conectores na PCI também deve ser considerada.

Quando se trata de elementos de indução, eles devem ser considerados se forem acrescentados a Ethernet cabeada em um projeto, pois estão incluídos na especificação de Ethernet para redes 10/100/1000 Base-T. Os elementos de indução são componentes de fio enrolado (como transformadores) que fornecem blindagem contra EMI, protegem contra falhas e transientes, e oferecem isolação elétrica e balanceamento de sinal. Eles devem ser isolados e mantidos o mais próximo possível dos conectores RJ45.

Há duas opções para acrescentar elementos de indução em um design. A primeira opção é selecionar um conector RJ45 com elementos de indução integrados na capa. Os jacks RJ45 magnéticos oferecem os benefícios de uma melhor blindagem contra EMI e conexões mais confiáveis. A segunda opção é adicionar um módulo magnético à PCI, entre o chip PHY (implementação Ethernet) e o jack RJ45 normal. Os módulos magnéticos tendem a ser mais baratos do que os conectores integrados, oferecendo ao mesmo tempo uma melhor proteção contra descargas eletrostáticas (ESD). Ambas as opções têm vantagens e desvantagens que precisarão ser ponderadas com base no projeto geral do sistema.

Conclusão

Como outros conectores modulares, os conectores RJ45 oferecem facilidade de projeto, instalação rápida e fácil, variedade de produtos e acessibilidade ao usuário. Eles têm sido aceitos em todo o mundo tanto para aplicações em redes domésticas como de escritório e estão encontrando uma aceitação crescente no chão de fábrica e em ambientes severos.

A Same Sky oferece uma ampla gama de conectores RJ45 com uma variedade de opções incluindo elementos de indução integrados, PoE, indicadores LED e muito mais.