מחברי RJ45 - מה שאתם צריכים לדעת

לאחר שהושקו לראשונה בשנות ה-60 על ידי AT&T כדי להחליף את מחברי הטלפון המגושמים, מחברים מודולריים הפכו למרכיב נפוץ בשירותי תקשורת ונתונים ברחבי העולם. בעוד שתחילה הם התמקדו בחיבורי טלפון, מחברי Registered Jack‏ (RJ) התפשטו עם השנים כדי לכלול גם תקשורת נתונים. זה הוביל למה שעשוי להיות המחבר המודולרי המוכר ביותר כיום, מחבר RJ45, המשמש ביישומי רשתות מחשבים ומכונה בדרך כלל מחבר Ethernet. הגם שבשימוש נרחב, מאמר זה נועד לספק סקירה מעמיקה על כל מה שקשור למחברי RJ45, כולל תכונות ויכולות בסיסיות, יישומים, תקנים ועוד.

יסודות RJ45

ברמה הבסיסית ביותר, מחברי RJ45 הם התקני חיברור מודולריים עם כבל המספק תקשורת נתונים למערכות אלקטרוניות שונות. הם מכילים 8 מגעים ו-8 מיקומי חוטים המשמשים לאותות או כוח, כלומר הם מאפשרים 4 זוגות חוטים מפותלים. למרות שמערך זה של 8 מגעים ו-8 מיקומים הופך אותם לדומים למחברי 8P8C אחרים, בפועל מחברי RJ45 כוללים לשונית המאפשרת את תחיבת ההתקן רק בכיווניות אחת לתוך שקע תואם כדי למנוע חיבורים לא תקינים. בעוד שרוב מחברי ה-8P8C מכונים RJ45, זה לא לגמרי מדויק מכיוון שמחברי 8P8C יכולים להתחבר לשקעי RJ45, אך מחברי RJ45 אינם יכולים להתחבר לשקעי 8P8C.

בדומה לכל מחבר מודולרי, מחברי RJ45 מציעים מגוון של יתרונות, כגון עלות נמוכה, הרכבה ללא-הלחמה של המחבר והחיווט, ייצור מהיר של כבלים בהתאמה-מיוחדת, תחיבה והסרה פשוטות, הרכבה קלה בשטח עם כלי עבודה פשוטים ויכולת התאמה-מיוחדת של כבלים באתר עצמו. מעבר ליתרונות בסיסיים אלו, מחברי RJ45 יכולים להציע גם מספר תכונות נוספות, כולל:

• סיכוך - מבטל את ההשפעות של EMI/RFI
• קידוד - מבטיח תחיבה נכונה
• יכולות הרכבה שונות - מאפשרות שיטות פאנל, לוח, הרכבה-משטחית או חור-עובר
• תצוגות ומחוונים - מציינים את סטטוס החיבור
• מגנטיות משולבת - מאפשרת סיכוך טוב יותר ובנוסף הגנת זרם
• Hi-Rel - מעניקה הגנה עבור החומרה והחיבור

שימושים ויישומים של RJ45

מחברי RJ45 משמשים לרוב לחיבור התקן מאופשר-אינטרנט אחד עם התקן רשת אחר. לדוגמה, מחשב אישי המחובר לשרת, נתב, מודם, טלוויזיה חכמה, קונסולת משחקים או כל התקן המשתמש בפרוטוקול Ethernet. החיבור עם חיווט קבוע שמספקים מחברי RJ45 מאפשר מהירויות נתונים גבוהות יותר, יציבות משופרת ואבטחה גבוהה יותר. זה הופך את חיבורי RJ45 לאטרקטיביים עבור הן שימוש מקצועי והן שימוש אישי.

איור 1‏: מחברי RJ45 נמצאים במגוון של התקני רשת (מקור התמונה: Same Sky‏)

מאפיינים ויכולות כמו מהירות מוגדלת ועמידות שנוספו לקו המוצרים של RJ45 הפכו מערכת חיברורים זו למתאימה גם עבור שימושים מחוץ למשרד או לרשת ביתית, בעוד שהכנסת פרוטוקול EtherCAT הובילה לשימוש מוגבר ברצפת המפעל ומעבר לה. כמה מהיישומים החדשים יותר המשתמשים בטכנולוגיית RJ45 כוללים:

• אוטומציה במפעלים
• בקרת תהליכים תעשייתיים
• רובוטיקה תעשייתית (ייצור והרכבה)
• מערכות בדיקות ומדידות
• מערכות בקרת איכות
• מערכות והתקני Voice Over Internet Protocol‏ (VOIP‏)
• התקני רשתות אינטרנט של דברים (IoT)

מבוא לתקני מחבר RJ45

ישנם מספר תקנים ישימים עבור מחברי RJ45, בהתאם ליישום ולשימוש המיועד שלהם. תקנים ישימים אלה מסוכמים כאן בקצרה, אך מספר תקנים יתוארו בפירוט רב יותר מאוחר יותר:

• ANSI/TIA 1096-A‏ - מכסה את המאפיינים המכניים הבסיסיים, הממדים הפיזיים ודרישות המגעים עבור התקני RJ45
• T-568A‏ ו-T-568B‏ - תקני החיווט ומערך-הפינים הבסיסיים
• IEEE 802.3at, 802.3af ו-802.3bt‏ - תקני (Power over Ethernet (PoE השונים עבור מחברי RJ45 המסוגלים לספק זרם חשמלי להתקן הקצה
• IEEE 1394‏ - מבנה אפיק ממשק נתונים המשמש עם RJ45

מגוון של תקנים אחרים מגדירים את הכבלים או החוטים המשמשים עבור התקני RJ45, שוב תלויים במידה רבה ביישום הסופי.

Ethernet ו-EtherCAT

RJ45 ו-Ethernet הם שני מונחים ההולכים יד ביד. פותח על ידי IEEE בשנות ה-80, תקן ה-Ethernet‏ (IEEE 802.3) מגדיר את הכללים עבור תצורת רשת Ethernet (חיבורים), מספר המוליכים הנדרשים עבור החיבור, הביצועים הצפויים ומסגרת העבודה של העברת הנתונים. תקן זה נותר טכנולוגיית ה-LAN הנפוצה והפופולרית ביותר ברחבי העולם הודות לקלות השימוש, העלות, המהירות והתמיכה הרחבה בפרוטוקול הרשת, כאשר מחברי RJ45 הם ההתקנים הסטנדרטיים המשמשים לכינון הרשת.

הוצג בשנת 2003, (Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT הוא פרוטוקול רשת גמיש ביותר המשמש את התעשייה עבור אוטומציה במפעלים בזמן-אמת, בדיקות ומדידות ועוד. הוא מוגדר בתקן IEC 61158 ופועל במהירויות גבוהות עם נצילות גבוהה. רשתות EtherCAT משתמשות בשתי נקודות-חיבור RJ45 ללא צורך בחומרה מיוחדת אחרת. RJ45 אחד מחובר לצומת הקודם ברשת והשני מחובר לצומת הבא, חיבור המאפשר שימוש יעיל ברוחב-הפס.

קטגוריות כבלי Ethernet

הכבלים המשמשים ברשתות Ethernet ו-EtherCAT מוצעים בכמה סוגים שונים, מ-Cat5 ו-Cat6 עד היום ל-Cat7 ואפילו ל-Cat8 החדש. כל אחד מתקני הכבלים מציע מדדי ביצועים שונים ביותר, אך כולם עדיין משתמשים באותם מחברי RJ45. המשמעות היא שכל כבל, ללא קשר לתקן, יהיה מורכב מ-8 חוטים ו-4 זוגות חוטים מפותלים, התואמים את תצורת ה-8P8C של ה-RJ45.

ה-Cat5 הוא בעיקרו מיושן בנקודת הזמן של היום, הודות לכבלי Cat5e המהירים עד פי 10 מ-Cat5 ומציעים עמידות טובה יותר מפני ערב-דיבור (Crosstalk‏) או הפרעות. הבא אחריו, Cat6, משפר את קיבולת רוחב-הפס לעומת Cat5e, מפחית עוד יותר ערב-דיבור והפרעות באמצעות סיכוך, ונותר תואם-לאחור עם Cat5/5e. הוא משמש לעתים קרובות בהתקנות רשת הזקוקות למהירויות של Gigabit. ה-Cat6a החדש יותר משלב מעטפת פלסטיק עבה להפחתה עוד יותר של ערב-דיבור (Crosstalk‏) ומאפשר חיבורי כבלים ארוכים יותר של עד 328 רגל, שהם 100 מטר. Cat7‏ ו-Cat7a מגדילים כל אחד אינקרמנטלית את קיבולת רוחב-הפס.

טבלה 1: מפרטי קטגוריות כבלי Ethernet (מקור התמונה: Same Sky)

(Power over Ethernet (PoE

בנוסף להעברת אותות נתונים, מחברי RJ45 מציעים את היכולת לספק מתח חשמלי להתקנים המחוברים על ידי ניצול זוגות החוטים המפותלים שבכבלי Ethernet שאינם בשימוש. טכניקת (Power over Ethernet (PoE זו מוגדרת על ידי תקן IEEE 802.3af והאיטרציות שלו הממשיכות להעלות את יכולת העברת ההספק.

טבלה 2: תקני Power over Ethernet (מקור התמונה: Same Sky)

היכולת לספק מתח DC על פני זוגות חוטים אלו חוסכת את הצורך בחיווט נפרד עבור הספקת-הכוח. ללא צורך בכבלים, שקעים או התקנה נפרדים, PoE גדל במהירות הודות לחיסכון בעלויות והגמישות שהוא מעניק. PoE מתוכנן גם להיות בטוח, אמין וניתן להרחבה.

איור 2: מזרקי PoE מספקים כוח להתקנים מחוברים עם PoE‏ (מקור התמונה: Same Sky)

תקני T568A‏ ו-T568B‏

T568A ו-T568B הם שני תקני מערך-פינים RJ45 המציינים את ההקצאה של 8 החוטים שבתוך המחבר. יש להכניס את החוטים המקודדים בצבעים בצורה נכונה למיקומי מערך-הפינים שהוגדרו כדי להבטיח תפקוד תקין של רשת ה-Ethernet. T568A מציע תאימות לאחור עבור חיווט ישן יותר ו-T568B מספק בידוד אותות טוב יותר והגנה מפני רעשים. מחברי Pass-Through‏ RJ45 מאפשרים להזין את החוטים דרך המחבר ולחתוך אותם במהלך תהליך הלחיצה לטובת יישור קל יותר.

איור 3‏: מערכי פינים T568A‏ ו-T568B (מקור התמונה: Same Sky)

איור 4‏: חיווט T568B בתוך מחבר RJ45 (מקור התמונה: Same Sky)

ההחלטה על איזה תקן מתאים תהיה תלויה בצורכי התכן המדובר והאם נעשה שימוש בכבל עובר-ישירות או בכבל מוצלב. לכבל עובר-ישירות (כבל גישור) יש את אותו תקן חיווט בשני הקצוות, בעוד שכבל מוצלב מחבר את אותם סוגים של התקנים עם T568A‏ בקצה אחד ו-T568B‏ בקצה השני. כבלים מגולגלים או הפוכים הם שטוחים ומחברים התקנים לנקודת-חיבור קונסולת מתגי רשת. הם משמשים רק לכינון ממשק ואינם מעבירים נתונים.

Loopback ו-T1 הם שני מונחים נפוצים נוספים שניתן לשמוע. Loopback הוא סוג של חיבור המאפשר למחשב להתממשק עם עצמו, העשוי לשמש עבור דיאגנוסטיקה, איתור תקלות וחיבור עם שרתים. קווי T1, למרות שהם הרבה פחות נפוצים בהשוואה ל-לפני 15-20 שנה, הם קווים ייעודיים, ישירות מספק שירותי טלקום למשתמש קצה, ומציעים מהירויות גבוהות יותר ויכולים לשאת גם קול וגם נתונים.

שיקולי תכנון סופיים עבור RJ45

למחברי RJ45 שיתממשקו לרשת Ethernet יש כמה שיקולים טכניים שיש לזכור במהלך התכנון. ברמת הלוח, ההתמקדות היא בהפחתת EMI, שימור בידוד האות החשמלי ושמירה על תקינות האות. מבלי לצלול יותר מדי לפרטים של תכנון מעגלים, חשוב לשים לב היטב לאורכם ולמיקום הפסים המוליכים על הלוח. יש לשקול גם את המיקום הפיזי של המחברים על ה-PCB.

כשמדובר במגנטיות, יש לקחת בחשבון אם מוסיפים Ethernet חוטי לתכן שכן הם כלולים במפרט ה-Ethernet עבור רשתות ‎10/100/1000 Base-T‏. מגנטיות קשורה ברכיבי חוט-מלופף (כמו שנאים) המעניקים סיכוך EMI‏, מגנים מפני תקלות וטרנזיינטים, ומציעים בידוד חשמלי ואיזון אותות. הם חייבים להיות מבודדים ולהיות קרוב ככל האפשר למחברי RJ45.

ישנן שתי אפשרויות להוספת מגנטיות לתכן. האפשרות הראשונה היא לבחור מחבר RJ45 עם מגנטיות משולבת בתוך הבית שלו. שקעי RJ45 מגנטיים מציעים את היתרונות של סיכוך EMI משופר וחיבורים אמינים יותר. האפשרות השנייה היא להוסיף מודול מגנטי ל-PCB בין שבב PHY (מימוש Ethernet) לבין שקע RJ45 הרגיל. מודולים מגנטיות נוטים להיות זולים יותר ממחברים משולבים תוך שהם מציעים הגנה טובה יותר מפני פריקה אלקטרוסטטית (ESD). לשתי האפשרויות יש יתרונות וחסרונות שיש לשקול בהתבסס על תכנון המערכת הכולל.

סיכום

בדומה למחברים מודולריים אחרים, מחברי RJ45 מציעים תכנון קל, התקנה מהירה וקלה, מוצרים רבים ונגישות למשתמש. הם התקבלו ברחבי העולם עבור יישומי רשתות ביתיות ומשרדיות כאחד, והם משמשים יותר ויותר ברצפת המפעל ובסביבות קשות.

Same Sky מציעה מגוון רחב של מחברי RJ45 הכוללים מגוון אפשרויות כולל מגנטיות משולבת, PoE, מחווני LED ועוד.