Par Jeff Smoot, Vice-président, Ingénierie des applications et contrôle de mouvement, CUI Devices
Depuis leur introduction dans les années1960 par AT&T pour remplacer les connecteurs téléphoniques encombrants, les connecteurs modulaires sont devenus incontournables dans les services de communications et de données dans le monde entier. Alors qu'ils étaient initialement destinés aux connexions téléphoniques, les connecteursRJ (Registered Jack) se sont développés au fil des ans pour inclure également la communication de données. C'est ainsi qu'est né le connecteur modulaire sans doute le plus connu aujourd'hui, le connecteur RJ45, qui est utilisé dans les applications de réseaux informatiques et communément appelé connecteur Ethernet. Bien que les connecteurs RJ45 soient largement utilisés, cet article vise à fournir une vue d'ensemble détaillée, y compris leurs caractéristiques et capacités de base, leurs applications, leurs normes, et plus.
Principes de base du RJ45
Au niveau le plus élémentaire, les connecteurs RJ45 sont des dispositifs d'interconnexion modulaires associés à un câble, qui permettent la communication de données avec divers systèmes électroniques. Ils contiennent 8contacts et 8positions de fils utilisés pour les signaux ou l'alimentation, c'est-à-dire qu'ils permettent 4paires de fils torsadés. Bien que cette configuration à 8contacts et 8positions les rende similaires à d'autres connecteurs 8P8C, les connecteurs RJ45 comportent en outre une languette qui ne permet d'insérer le dispositif que dans une seule orientation avec une prise compatible afin d'éviter les connexions incorrectes. Même si la plupart des connecteurs 8P8C sont appelés RJ45, ce n'est pas tout à fait exact car les connecteurs 8P8C peuvent être enfichés dans des prises RJ45, mais les connecteurs RJ45 ne peuvent pas être enfichés dans des prises 8P8C.
Comme tous les connecteursmodulaires, les connecteurs RJ45 offrent de nombreux avantages, tels que le faible coût, l'assemblage sans soudure du connecteur et du câblage, la production rapide de câbles personnalisés, l'insertion et le retrait simples, l'assemblage aisé sur le terrain avec un outillage simple et la possibilité de personnaliser les câbles sur place. Outre ces avantages de base, les connecteurs RJ45 peuvent également offrir plusieurs fonctionnalités supplémentaires, notamment:
- Blindage – Suppression des effets des EMI/RFI
- Détrompage – Garantie d'insertion correcte
- Diverses capacités de montage – Choix entre les méthodes de montage sur panneau, sur carte, en surface ou à trou traversant
- Affichages et voyants – Indication du statut de connexion
- Magnétique intégrée – Meilleur blindage et meilleure protection électrique
- Haute fiabilité – Protection du matériel et de la connexion
Utilisations et applications du RJ45
Les connecteurs RJ45 sont le plus souvent utilisés pour relier un dispositif connecté à Internet à un autre dispositif du réseau. Par exemple, un PC connecté à un serveur, un routeur, un modem, un téléviseur intelligent, une console de jeu ou tout autre dispositif utilisant le protocole Ethernet. La connexion câblée fournie par les connecteurs RJ45 permet des débits de données supérieurs, une stabilité améliorée et une sécurité accrue. C'est pourquoi les connexions RJ45 sont avantageuses, tant pour un usage professionnel que pour un usage personnel.
Figure1: Les connecteurs RJ45 sont utilisés dans de nombreux dispositifs de réseau. (Source de l'image: CUIDevices)
L'ajout de fonctionnalités et de capacités, telles qu'une vitesse et une robustesse accrues, à la ligne de produits RJ45 a également rendu ce système d'interconnexion applicable à des utilisations autres que les réseaux de bureau ou domestiques, tandis que l'introduction du protocole EtherCAT a conduit à une utilisation accrue dans les usines et au-delà. Les applications les plus récentes qui utilisent la technologie RJ45 incluent les suivantes:
- Automatisation industrielle
- Contrôle de processus industriel
- Robotique industrielle (fabrication et assemblage)
- Systèmes de test et de mesure
- Systèmes de contrôle de la qualité
- Systèmes et dispositifs VOIP
- Dispositifs de réseau Internet des objets (IoT)
Présentation des normes des connecteurs RJ45
Il existe plusieurs normes applicables aux connecteurs RJ45, en fonction de leur application et de leur utilisation prévue. Ces normes applicables sont brièvement résumées ici, mais plusieurs normes seront ensuite décrites plus en détail:
- ANSI/TIA 1096-A – Couvre les caractéristiques mécaniques de base, les dimensions physiques et les exigences de contact pour les dispositifs RJ45
- T-568A et T-568B – Normes de câblage et de brochage de base
- IEEE 802.3at, 802.3af et 802.3bt – Les différentes normes PoE pour les connecteurs RJ45 capables d'alimenter le dispositif d'extrémité
- IEEE1394 – Structure de bus d'interface de données utilisée avec RJ45
Diverses autres normes définissent les câbles ou les fils utilisés pour les dispositifs RJ45, là encore en fonction de l'application finale.
Ethernet et EtherCAT
RJ45 et Ethernet sont deux termes qui vont de pair. Développée par l'IEEE dans les années1980, la norme Ethernet (IEEE802.3) définit les règles de configuration d'un réseau Ethernet (connexions), le nombre de conducteurs requis pour une connexion, les performances attendues et une structure de transmission des données. Elle reste la technologie de réseau local (LAN) la plus utilisée et la plus populaire dans le monde en raison de sa facilité d'utilisation, de son coût, de sa vitesse et de sa large prise en charge des protocoles de réseau, les connecteurs RJ45 étant les dispositifs standard utilisés dans la configuration réseau.
Introduit en 2003, EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) est un protocole réseau hautement flexible utilisé par l'industrie pour l'automatisation industrielle en temps réel, le test et la mesure, et plus. Il est défini par la norme CEI61158 et fonctionne à des vitesses élevées avec une haute efficacité. Les réseaux EtherCAT utilisent deux ports RJ45 et ne nécessitent aucun autre matériel spécial. Un RJ45 est connecté au nœud précédent du réseau et l'autre est connecté au nœud suivant, ce qui permet une utilisation efficace de la bande passante.
Catégories de câblage Ethernet
Le câblage utilisé dans les réseaux Ethernet et EtherCAT est disponible en plusieurs types différents, de Cat5 et Cat6 à maintenant Cat7 et même le nouveau type Cat8. Chacune de ces normes de câble offre des mesures de performances très différentes, mais toutes utilisent les mêmes connecteurs RJ45. Cela signifie que chaque câble, quelle que soit la norme, est composé de 8fils et de 4paires torsadées, ce qui correspond à la configuration 8P8C du RJ45.
Le typeCat5 est aujourd'hui largement obsolète en raison des câbles Cat5e qui sont jusqu'à 10fois plus rapides et qui offrent une meilleure résistance à la diaphonie ou aux interférences. Le typeCat6 améliore la capacité de la bande passante par rapport à Cat5e, réduit davantage la diaphonie et les interférences grâce au blindage, et reste rétrocompatible avec Cat5/5e. Il est souvent utilisé dans les installations de réseau nécessitant des vitesses en gigabits. Le nouveau type Cat6a intègre un boîtier en plastique épais pour réduire davantage la diaphonie et permet d'utiliser des câbles plus longs, jusqu'à 100mètres. Les types Cat7 et Cat7a augmentent chacun progressivement la capacité de la bande passante.
| Type de câble | Vitesse maximum | Largeur de bande maximum |
|---|---|---|
| Cat5 | 100Mbps | 100MHz |
| Cat5e | 1000Mbps | 100MHz |
| Cat6 | 1000Mbps | 250MHz |
| Cat6a | 10000Mbps | 500MHz |
| Cat7 | 10000Mbps | 600MHz |
| Cat7a | 10000Mbps | 1000MHz |
Tableau1: Spécifications des catégories de câbles Ethernet. (Source de l'image: CUIDevices)
Power over Ethernet (PoE)
En plus de relayer les signaux de données, les connecteurs RJ45 offrent la possibilité de fournir une alimentation électrique aux dispositifs connectés en tirant parti des paires torsadées inutilisés dans les câbles Ethernet. Cette technique d'alimentation par Ethernet (Power over Ethernet, PoE) est définie par la norme IEEE802.3af et ses itérations qui améliorent encore la capacité d'alimentation.
| Nomenclature | Norme | Puissance maximum |
|---|---|---|
| PoE | IEEE 802.3af | Jusqu'à 15,4W |
| PoE+ | IEEE 802.3at (type2) | Jusqu'à 30W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt (type3) | Jusqu'à 60W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt (type4) | Jusqu'à 100W |
Tableau2: Normes PoE. (Source de l'image: CUIDevices)
La capacité à fournir une alimentationCC sur ces paires de fils élimine le recours à un câblage d'alimentation séparé. Ne nécessitant pas de câbles électriques, de prises ou d'installations séparés, le PoE a connu une croissance rapide grâce aux économies de coûts et à la flexibilité qu'il offre. Le PoE est également conçu pour être sûr, fiable et évolutif.
Figure2: Les injecteurs PoE permettent d'alimenter les dispositifs connectés par Ethernet. (Source de l'image: CUIDevices)
Normes T568A et T568B
Les normes T568A et T568B sont les deux normes de brochage RJ45 qui spécifient l'affectation des 8fils dans le connecteur. Ces fils à code couleur doivent être correctement insérés dans leurs emplacements de brochage spécifiés pour le bon fonctionnement d'un réseau Ethernet. La norme T568A offre une rétrocompatibilité pour les anciens câblages et la norme T568B offre une meilleure isolation des signaux et une meilleure protection contre le bruit. Les connecteurs RJ45 traversants permettent d'introduire les fils dans le connecteur et de les couper pendant le processus de sertissage pour faciliter l'alignement.
Figure3: Brochages T568A et T568B. (Source de l'image: CUIDevices)
Figure4: Câblage T568B illustré dans un connecteur RJ45. (Source de l'image: CUIDevices)
Le choix de la norme appropriée dépend des exigences de conception individuelles et de l'utilisation d'un câble direct ou d'un câble croisé. Le câble direct (câble de raccordement) a la même norme de câblage à chaque extrémité, tandis que le câble croisé connecte les mêmes types de dispositifs avec T568A à une extrémité et T568B à l'autre. Les câbles roulés ou «rollover» sont plats et connectent les dispositifs à un port de console de commutateur réseau. Ils servent uniquement à établir une interface et ne transmettent pas de données.
Bouclage et T1 sont deux autres termes fréquents. Le bouclage est un type de connexion qui permet à un ordinateur d'interfacer avec lui-même, ce qui peut être utilisé pour le diagnostic, le dépannage et la connexion avec des serveurs. Les lignes T1, bien que beaucoup moins courantes qu'il y a 15 ou 20ans, sont des lignes dédiées reliant directement un fournisseur de services de télécommunications à un utilisateur final, ce qui offre des vitesses plus élevées et permet de transmettre à la fois la voix et les données.
Considérations de conception finales pour le RJ45
Les connecteurs RJ45 interfaçant avec un réseau Ethernet doivent tenir compte de plusieurs considérations techniques lors de la conception. Au niveau de la carte, l'accent est mis sur la réduction des EMI, la préservation de l'isolation des signaux électriques et le maintien de l'intégrité des signaux. Sans entrer dans les détails de conception du circuit, il est important de prêter une attention particulière à la longueur et à la position des pistes sur la carte. L'emplacement physique des connecteurs sur le circuit imprimé doit également être pris en compte.
En ce qui concerne les composants magnétiques, ils doivent être pris en compte si l'on ajoute l'Ethernet câblé dans une conception, car ils sont inclus dans la spécification Ethernet pour les réseaux 10/100/1000Base-T. Les composants magnétiques sont des composants bobinés (comme les transformateurs) qui fournissent le blindage EMI, la protection contre les défaillances et les transitoires, l'isolation électrique et l'équilibrage des signaux. Ils doivent être isolés et maintenus aussi près que possible des connecteurs RJ45.
Il y a deux options pour ajouter des composants magnétiques à une conception. La première option consiste à choisir un connecteur RJ45 avec des composants magnétiques intégrés dans le boîtier. Les jacks magnétiques RJ45 offrent les avantages d'un meilleur blindage EMI et de connexions plus fiables. La deuxième option consiste à ajouter un module magnétique sur le circuit imprimé entre la puce PHY (implémentation Ethernet) et le jack RJ45 standard. Les modules magnétiques sont généralement moins chers que les connecteurs intégrés tout en offrant une meilleure protection contre les décharges électrostatiques (DES). Les deux options présentent des avantages et des inconvénients qui doivent être évalués en fonction de la conception système globale.
Conclusion
Comme les autres connecteurs modulaires, les connecteurs RJ45 offrent une intégration aisée, une installation simple et rapide, une large variété de produits et une grande accessibilité aux utilisateurs. Ils se sont imposés dans le monde entier pour les réseaux domestiques et professionnels, et sont de plus en plus adoptés dans les usines et les environnements difficiles.
CUIDevices propose un vaste choix de connecteursRJ45 dotés d'une variété d'options: PoE, indicateurs LED, composants magnétiques intégrés, et plus.
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