RJ45 Pinout y Magnetics Una guía para diseñadores de PCB

Se enfrenta a un desafío común de diseño de PCB: agregar un puerto Ethernet confiable. Su éxito comienza con el conector RJ45. El pinout estándar de Ethernet RJ45 es la fundación para cualquier diseño de interfaz de red. A continuación se muestra el pinout básico para un conector de montaje en PCB RJ45 típico.

Esta guía le ayuda a dominar el RJ45. Exploraremos los estándares pinout y magnetics. También aprenderá sobre la alimentación a través de Ethernet (PoE) y la protección de su PCB. Un buen diseño de Ethernet asegura un producto robusto.

Puntos clave

• Utilice el estándar de cableado T568B para su puerto Ethernet RJ45. Esta es la forma más común deConectar dispositivos de red.

• Utilice siempre magnetismo Ethernet entre el puerto RJ45 y su chip principal. Protegen tu dispositivo y mantienen las señales claras.

• Si utiliza alimentación a través de Ethernet (PoE), elija piezas especiales RJ45. Estas piezas pueden manejar la potencia extra sin romperse.

• Añadir piezas de protección como TVSDiodosCerca del puerto RJ45. Esto detiene la electricidad estática deDañar su dispositivo.

Comprensión del RJ45 Ethernet Pinout

Los pines de un conector RJ45 tienen un trabajo específico. Debe seguir un plan de cableado estándar para que su dispositivo se comunique. Los dos estándares para el pinout de Ethernet RJ45 son T568A y T568B. Su elección afecta la forma en que el conector RJ45 envía y recibe datos.

El estándar T568B Pinout

Utilizará el estándar de cableado T568B para la mayoría de los nuevos diseños Ethernet. Es el estándar más común en los Estados Unidos y para nuevas redes. En esta configuración, el par de cables naranja se conecta a los pines 1 y 2 para transmitir datos. El par de cables verdes se conecta a los pines 3 y 6 para recibir datos. TuDiseño de PCB para RJ45Debe seguir este pinout popular.

La siguiente tabla muestra el pinout para T568B y T568A.

El Pinout T568A y sus usos

El estándar de cableado T568A es el otro esquema de cableado oficial para un RJ45. La principal diferencia es que el estándar T568A intercambia los pares de cables naranja y verde. Aquí, el par verde transmite datos y el par naranja los recibe. Si bien es menos común para nuevos proyectos, debe usar el pinout T568A en ciertas situaciones.

Es posible que necesite usar T568A para:

• Proyectos para instalaciones del gobierno de Estados Unidos.

• Mantener la consistencia con el cableado existente T568A.

• Soporte para algunos sistemas telefónicos o industriales más antiguos.

Straight-Through vs. Crossover en una PCB

En el pasado, se necesitaban dos tipos de cables Ethernet. Un cable directo utiliza el mismo estándar (T568B en ambos extremos) para conectar una computadora a un conmutador. Un cable cruzado utiliza T568A en un extremo y T568B en el otro para conectar dos dispositivos similares, como dos computadoras.

Para suDiseño moderno de PCBEsto rara vez es una preocupación. La mayoría de las PHY de Ethernet ahora incluyen una característica llamada MDI-X automática.

Auto MDI-X detecta automáticamente la configuración requeridaPara un puerto Ethernet. Esta tecnologíaElimina la necesidad de cables especiales "crossover"Al conectar dispositivos.

Esta característicaDetecta automáticamente el cableado RJ45 y los swapsLos pares de transmisión y recepción dentro del chip si es necesario.Para Gigabit Ethernet, se utilizan los cuatro pares de cablesPara enviar y recibir datos al mismo tiempo, haciendo obsoleta la idea de un pinout de Ethernet del cruce RJ45. Puede diseñar su PCB con un pinout Ethernet RJ45 T568B estándar y confiar en que el MDI-X automático manejará la conexión.

Ethernet Magnetics Integración

No se puede conectar un chip Ethernet PHY directamente a unConector RJ45. Debe colocar un conjunto específico de componentes, conocido como magnetismo de Ethernet, entre ellos. Estos magnéticos son esenciales para un puerto Ethernet compatible y funcional.Omitirlos puede provocar un mal funcionamiento del dispositivo o incluso daños permanentes en su PHY.

Por qué el magnetismo es esencial

Los magnéticos de Ethernet son típicamente un conjunto de pequeños transformadores y choques. Realizarán tres trabajos críticos para su diseño.

1. Aislamiento eléctrico:Magnetics crea una barrera entre el puerto RJ45 accesible por el usuario y los circuitos internos de su dispositivo. Este aislamiento es un requisito de seguridad clave. Protege a los usuarios de posibles descargas eléctricas y protege su PCB de voltajes externos dañinos. Esta medida de seguridad es obligatoria por los estándares de la industria.

   • ElIEEE 802,3Estándar, específicamente las enmiendas comoIEEE 802.3cr-2021, Requiere este aislamiento eléctrico para que los puertos Ethernet cumplan con las normas de seguridad modernas.

2. Rechazo de ruido en modo común:Las señales de Ethernet viajan en pares trenzados de cables. El ruido de fuentes externas puede afectar a ambos cables en un par por igual. Esto se llama ruido de modo común.El transformador con toma en el centro en el magnetismo proporciona una ruta para que este ruido vaya a tierra. Esta acción desvía el ruido de sus señales de datos importantes, evitando que cause EMI y corrompa datos.

3 poe.Impedancia que hace juego:Su PHY Ethernet y el cable Ethernet tienen diferentes características eléctricas. El magnetismo actúa como un puente para que coincida con ellos. Para Gigabit Ethernet, debe enrutar los pares diferenciales con unImpedancia de 100 Ω. El magnetismo asegura que la señal vea una impedancia consistente desde el chip al cable, lo que evita las reflexiones de la señal y mantiene la integridad de la señal para una comunicación confiable.

Magnetics Schematic y Layout

Su esquema mostrará la conexión desde el PHY, a través del magnetismo, al conector de montaje en PCB RJ4s5. El magnetismo aísla el lado PHY del lado del cable. Este aislamiento es la regla más importante para su diseño de PCB.

(Aquí se colocaría un diagrama esquemático de muestra, que muestra las conexiones PHY, magnéticas y RJ45.)

Cuando se diseña la PCB, se debe aplicar este aislamiento físicamente.

Crear una brecha de aislamiento🚧Debe crear un vacío físico en los planos de PCB debajo del magnetismo y el conector RJ45. Esta brecha, a menudo llamada "foso" o "zona de exclusión", debe separar la tierra del chasis (lado del cable) de la tierra digital de su PCB (lado PHY). No hay rastros o planos de cobre deben cruzar esta brecha.

Estas son las reglas clave de diseño para su diseño de Ethernet:

• Coloque los componentes cercanos:Coloque el conector de montaje en PCB RJ45, el magnetismo y el PHY lo más cerca posible entre sí para mantener los rastros de señal cortos.

• Pares diferenciales de ruta:Enrutar los pares de transmisión (TX) y recepción (RX) como pares diferenciales de 100 Ω. Mantenga los dos rastros en cada par estrechamente acoplados y emparejados en longitud para minimizar el ruido.

• Evitar Vias:No utilice las vias en las trazas de pares diferenciales entre el PHY y el magnetismo. Vias cambian la impedancia y pueden interrumpir la calidad de la señal.

• Utilice un plano de suelo sólido:Enruta las trazas de alta velocidad sobre un plano de tierra continuo en el lado PHY de la PCB para garantizar una ruta de retorno limpia.

Para ciertas PHYs, como las de HiSilicon, puede simplificar la selección de componentes trabajando con un socio de soluciones designado por HiSilicon (autorizado), comoNovaTechnology Company (HK) Limited, para asegurar la integración apropiada.

MagJacks discretos vs. integrados

Tiene dos opciones principales para implementar el magnetismo Ethernet en su PCB.

• Magnetics discreto:Utilizará un conector RJ45 separado y un módulo magnético separado en su PCB.

• MagJack integrado:Se utiliza un solo conector RJ45 que tiene el magnetismo integrado en su carcasa.

Cada enfoque tiene compensaciones para su diseño.Un MagJack integrado ahorra el espacio valioso del PWB, que es ideal para los productos compactos. También reducen el recuento de componentes y pueden simplificar el proceso de diseño.Sin embargo, el magnetismo discreto a menudo ofrece un rendimiento EMC superior porque los componentes más grandes tienen mejores características y hay menos riesgo de acoplamiento de ruido.

La mejor opción depende de las prioridades de su proyecto.

Para aplicaciones sensibles a los costos o de alto volumen, el magnetismo discreto puede ser más barato. Para diseños donde el espacio de la placa es la principal prioridad o necesita llegar al mercado rápidamente, un conector de montaje en PCB RJ45 integrado es a menudo la mejor solución.

Diseño de alimentación a través de Ethernet (PoE)

Puede simplificar el diseño de su producto utilizando Power over Ethernet (PoE). Esta tecnología le permite enviar datos y energía eléctrica a través de un solo cable Ethernet. Agregar PoE a su diseño de PCB requiere una atención cuidadosa al pinout,Selección de componentesY layout.

PoE Pinout Modos A y B

La alimentación a través de Ethernet utiliza dos métodos estándar para suministrar energía: Modo A y Modo B. El dispositivo debe admitir al menos uno de estos modos.

• Modo A (Endspan): El poder comparte los mismos cables que los datos.Los pines 1 y 2 proporcionan el voltaje positivo (), mientras que los pines 3 y 6 proporcionan el voltaje negativo (-).

• Modo B (Midspan):La alimentación utiliza los pares de cables de repuesto en Ethernet 10/100. Los pines 4 y 5 son positivos (), y los pines 7 y 8 son negativos (-).

Para Gigabit Ethernet, los cuatro pares transportan datos, por lo que la energía se entrega como un voltaje de modo común en cada par. Los dispositivos PoE modernos generalmente pueden aceptar energía de cualquier modo.

Selección de Magnetics con clasificación PoE

No puede utilizar el magnetismo Ethernet estándar para una aplicación PoE.La corriente de alimentación de CC puede saturar el núcleo del transformador en magnetics no nominal. Esta saturación degrada la señal de datos, dando lugar a fallos de conexión. Más importante aún, los cables delgados en los componentes estándar pueden sobrecalentarse, creando un peligro para la seguridad.

Debe seleccionar un conector rj45 y magnetics clasificado específicamente para sus requisitos de PoE. El IEEE define varios estándares de PoE, cada uno con suministro de potencia creciente.

¡Compruebe la hoja de datos!💡Al elegir un conector de montaje en PCB PoE rj45 o magnetics, siempreVerificar la calificación actual por par. Asegúrese de que el componente esté clasificado para el estándar IEEE 802,3 correcto (af, at o bt) que necesita su diseño.

PoE y la disposición del conector RJ45

Su diseño de PCB es crítico para un diseño PoE confiable. Las corrientes más altas utilizadas en PoE generan más calor en el conector rj45 y en la PCB. Debe controlar este calor para evitar daños.

Para su diseño, preste mucha atención a las huellas de carga de energía. Estas trazas en su PCB deben ser lo suficientemente anchas para manejar la corriente PoE sin sobrecalentamiento. Use una calculadora de ancho de traza de PCB para determinar el tamaño adecuado en función de sus necesidades actuales y el peso del cobre. Asegúrese de que su conector de montaje en PCB RJ45 también esté clasificado para el rango de temperatura de funcionamiento que experimentará su producto, que a menudo es-40 °C a 85 °CPara aplicaciones industriales. Un buen diseño térmico para su puerto rj45 es esencial para un producto PoE seguro y duradero.

Guía de protección ESD y EMI

Su puerto Ethernet es una puerta abierta al mundo exterior. Esto lo hace vulnerable a la descarga electrostática (ESD) y la interferencia electromagnética (EMI). Usted debe agregarCircuitos de protecciónA su diseño de PCB para garantizar que su producto sea robusto y confiable.

Protección ESD para pines RJ45

Un evento ESD es una explosión repentina de electricidad estática. Puede dañar permanentemente el chip Ethernet PHY sensible. Debe proteger las líneas de datos de su puerto rj45 con diodos de supresión de tensión transitoria (TVS).

¡La colocación es clave!📍Debes colocarComponentes de protección ESD lo más cerca posible del punto de entrada de ESD. Para un puerto Ethernet, esto significa colocar elLos diodos TVS justo detrás del conector de montaje en PCB RJ45En su PCB. Esto le da a la oleada de ESD una corta trayectoria de baja impedancia a tierra.

Al seleccionar un diodo TVS para su diseño Ethernet, debe verificar varias especificaciones clave. Estos componentes deben ser capaces de manejar eventos de alto voltaje sin afectar las señales de datos de alta velocidad.

Reducción de EMI y puesta a tierra del escudo

EMI es el ruido no deseado de otros dispositivos electrónicos, comoFuentes de alimentación o routers Wi-Fi. Este ruido puede corromper sus datos de Ethernet.Un conector blindado rj45 es su primera línea de defensa, Pero debe hacerlo correctamente en la PCB.

Siga estas reglas para una reducción efectiva de EMI:

1. Tierra el escudo: Conecte el escudo metálico del conector rj45 directamente a la tierra de su chasis(Tierra). Esto crea un camino para que el ruido se drene de forma segura.

2. UsoBob Smith Terminación:Este circuito conecta los grifos centrales del magnetismo a tierra a través de una resistencia yCondensador. Proporciona una trayectoria impedida-emparejada que hunde el ruido del común-modo de los pares de los datos rj45, reduciendo emisiones de la EMI del cable sí mismo.

Una estrategia de conexión a tierra adecuada para su puerto rj45 es esencial para pasar las pruebas de cumplimiento de EMC y crear un producto estable.

Su próximo diseño de PCB Ethernet puede ser un éxito. Puede utilizar esta lista de verificación para su PCB.

• Aplique el estándar T568B para su pinout de Ethernet RJ45.

• Integre el magnetismo con un claro espacio de aislamiento en la PCB.

• Elija componentes clasificados para su nivel de potencia PoE específico. Un buen diseño PoE es crítico.

• Agregue circuitos de protección cerca del conector en su PCB.

Seguir estas reglas le ayuda a crear un producto Ethernet robusto y compatible.

Preguntas frecuentes

¿Tengo que usar T568B para el diseño de mi PCB?

Debe usar el estándar T568B para casi todos los diseños nuevos. Es el estándar más común. Esta elección garantiza que su producto funcione con redes modernas. Solo necesita T568A para proyectos específicos de legado o gubernamentales.

¿Qué tan grande debe ser la brecha de aislamiento?

El ancho de su espacio de aislamiento depende de las normas de seguridad que debe cumplir. Un hueco típico es de al menos 2mm. Compruebe siempre la hoja de datos para su magnetismo y las normas de seguridad requeridas (como IEC 62368-1) para la especificación exacta.

¿Puedo usar un conector RJ45 normal para un diseño PoE?

No, debe usar un conector clasificado específicamente para PoE. Un conector RJ45 estándar no puede manejar la corriente de alimentación. El uso incorrecto puede causar sobrecalentamiento y crear un peligro de incendio. Compruebe siempre la hoja de datos del componente para su clasificación PoE.

¿Dónde conecto el escudo RJ45 en la PCB?

Debe conectar el escudo metálico del conector RJ45 directamente a la tierra del chasis. Esto proporciona la mejor ruta para que el ruido EMI se drene lejos de su circuito. Use un rastro corto, ancho o una conexión directa para este propósito.