RJ45 Pinout et Magnetics Un guide pour les concepteurs de PCB

Vous faites face à un défi de conception de PCB commun: l'ajout d'un port Ethernet fiable. Votre succès commence avec le connecteur RJ45. Le brochage standard de l'Ethernet RJ45 est la base pour n'importe quelle conception d'interface de réseau. Vous trouverez ci-dessous le brochage de base pour un connecteur de montage sur PCB RJ45 typique.

Ce guide vous aide à maîtriser le RJ45. Nous allons explorer les normes de pinout et le magnétisme. Vous en apprendrez également sur Power over Ethernet (PoE) et la protection de votre PCB. Une bonne conception Ethernet garantit un produit robuste.

Les clés à emporter

• Utilisez la norme de câblage T568B pour votre port Ethernet RJ45. C'est la façon la plus courante deConnecter des appareils réseau.

• Utilisez toujours le magnétisme Ethernet entre le port RJ45 et votre puce principale. Ils protègent votre appareil et gardent les signaux clairs.

• Si vous utilisez le Power over Ethernet (PoE), choisissez des pièces spéciales RJ45. Ces pièces peuvent gérer la puissance supplémentaire sans se casser.

• Ajouter des pièces de protection comme TVSDiodesÀ proximité du port RJ45. Ceci empêche l'électricité statique deEndommager votre appareil.

Comprendre le Pinout Ethernet RJ45

Les broches sur un connecteur RJ45 ont un travail spécifique. Vous devez suivre un plan de câblage standard pour que votre appareil puisse communiquer. Les deux normes pour le brochage de l'Ethernet RJ45 sont T568A et T568B. Votre choix affecte la façon dont le connecteur RJ45 envoie et reçoit les données.

La norme de T568B Pinout

Vous utiliserez la norme de câblage T568B pour la plupart des nouvelles conceptions Ethernet. C'est la norme la plus courante aux États-Unis et pour les nouveaux réseaux. Dans cette configuration, la paire de fils orange se connecte aux broches 1 et 2 pour transmettre des données. La paire de fils verts se connecte aux broches 3 et 6 pour recevoir des données. VotreDisposition PCB pour le RJ45Devrait suivre ce pinout populaire.

Le tableau ci-dessous montre le brochage pour les deux T568B et T568A.

Le T568A Pinout et ses utilisations

La norme de câblage T568A est l'autre schéma de câblage officiel pour un RJ45. La principale différence est que la norme T568A échange les paires de fils orange et vert. Ici, la paire verte transmet des données et la paire orange les reçoit. Bien que moins courant pour les nouveaux projets, vous devez utiliser le brochage T568A dans certaines situations.

Vous pourriez devoir utiliser le T568A pour:

• Projets pour les installations du gouvernement américain.

• Maintenir la cohérence avec le câblage T568A existant.

• Prise en charge de certains systèmes téléphoniques ou industriels plus anciens.

Straight-Through vs Crossover sur un PCB

Auparavant, vous aviez besoin de deux types de câbles Ethernet. Un câble droit utilise la même norme (T568B aux deux extrémités) pour connecter un ordinateur à un commutateur. Un câble croisé utilise le T568A à une extrémité et le T568B à l'autre extrémité pour connecter deux périphériques similaires, comme deux ordinateurs.

Pour votreConception moderne de carte PCBC'est rarement une préoccupation. La plupart des PHYs d'Ethernet incluent maintenant une caractéristique appelée MDI-X automatique.

MDI-X automatique détecte automatiquement la configuration requisePour un port Ethernet. Cette technologieÉlimine le besoin de câbles spéciaux "croisés"Lors de la connexion d'appareils.

Cette caractéristiqueDétecte automatiquement le câblage RJ45 et les échangesLes paires d'émission et de réception à l'intérieur de la puce si nécessaire.Pour Gigabit Ethernet, les quatre paires de fils sont utiliséesD'envoyer et de recevoir des données en même temps, ce qui rend l'idée d'un crossover RJ45 Ethernet pinout obsolète. Vous pouvez concevoir votre carte PCB avec un brochage standard d'Ethernet de T568B RJ45 et la confiance que le MDI-X automatique manipulera la connexion.

Intégration de Magnetics d'Ethernet

Vous ne pouvez pas connecter une puce Ethernet PHY directement à unConnecteur RJ45. Vous devez placer un ensemble spécifique de composants, connu sous le nom de magnétisme Ethernet, entre eux. Ces magnétiques sont essentiels pour un port Ethernet conforme et fonctionnel.Les omettre peut entraîner des dysfonctionnements de l'appareil ou même des dommages permanents à votre PHY.

Pourquoi les magnétiques sont essentiels

Les magnétiques Ethernet sont généralement un ensemble de petits transformateurs et de selfs. Ils effectuent trois tâches critiques pour votre conception.

1. Isolement électrique:Magnetics crée une barrière entre le port RJ45 accessible à l'utilisateur et les circuits internes de votre appareil. Cette isolation est une exigence de sécurité clé. Il protège les utilisateurs contre les chocs électriques potentiels et protège votre PCB contre les tensions externes nocives. Cette mesure de sécurité est prescrite par les normes de l'industrie.

   • LeIEEE 802.3Norme, en particulier des amendements commeIEEE 802.3cr-2021, Exige cette isolation électrique pour que les ports Ethernet soient conformes aux réglementations de sécurité modernes.

2. Rejet de bruit de commun-mode:Les signaux Ethernet voyagent sur des paires de fils torsadées. Le bruit provenant de sources extérieures peut affecter les deux fils d'une paire de manière égale. C'est ce qu'on appelle le bruit de mode commun.Le transformateur de centre-tapé dans le magnetics fournit un chemin pour que ce bruit aille à la terre. Cette action shunte le bruit loin de vos signaux de données importants, l'empêchant de provoquer des EMI et de corrompre les données.

3 poe.Correspondance d'impédance:Votre Ethernet PHY et le câble Ethernet ont des caractéristiques électriques différentes. Les magnétiques agissent comme un pont pour les faire correspondre. Pour Gigabit Ethernet, vous devez acheminer les paires différentielles avec unImpédance 100 Ω. Le magnétisme garantit que le signal voit une impédance constante de la puce au câble, ce qui empêche les réflexions du signal et maintient l'intégrité du signal pour une communication fiable.

Schéma et mise en page de Magnetics

Votre schéma montrera la connexion du PHY, à travers le magnétisme, au connecteur de montage PCB RJ4s5. Le magnetics isolent le côté de PHY du côté de câble. Cette isolation est la règle la plus importante pour la mise en page de votre PCB.

(Un exemple de diagramme schématique serait placé ici, montrant les connexions PHY, magnétiques et RJ45.)

Lorsque vous concevez le PCB, vous devez appliquer physiquement cette isolation.

Créer un écart d'isolement🚧Vous devez créer un vide physique dans les plans PCB sous le magnétisme et le connecteur RJ45. Cet écart, souvent appelé «fossé» ou «zone de maintien», devrait séparer la terre du châssis (côté câble) de la terre numérique de votre PCB (côté PHY). Aucune trace ou plan de cuivre ne devrait traverser cet espace.

Voici les règles de mise en page clés pour votre conception Ethernet:

• Place Components Fermer:Positionnez le connecteur de montage PCB RJ45, le magnétisme et PHY aussi près l'un de l'autre que possible pour garder les traces de signal courtes.

• Paires différentielles d'itinéraire:Acheminez les paires de transmission (TX) et de réception (RX) en tant que paires différentielles de 100 Ω. Gardez les deux traces dans chaque paire étroitement couplées et la longueur-assortie pour réduire au minimum le bruit.

• Évitez les Vias:Ne pas utiliser de vias dans les traces de paires différentielles entre le PHY et le magnétisme. Vias changent d'impédance et peuvent perturber la qualité du signal.

• Utilisez un plan de masse solide:Acheminez les traces ultra-rapides au-dessus d'un plan au sol continu du côté de PHY de la carte PCB pour assurer un chemin de retour propre.

Pour certains PHY, comme ceux de HiSilicon, vous pouvez simplifier la sélection des composants en travaillant avec un partenaire de solutions HiSilicon désigné (autorisé), tel queNovaLa société de technologie (HK) a limité), pour assurer l'intégration appropriée.

MagJacks discrets vs intégrés

Vous avez deux choix principaux pour implémenter le magnétisme Ethernet sur votre PCB.

• Magnetics discrets:Vous utilisez un connecteur RJ45 séparé et un module magnétique séparé sur votre PCB.

• MagJack intégré:Vous utilisez un seul connecteur RJ45 qui a le magnétisme intégré dans son boîtier.

Chaque approche a des compromis pour votre conception.Un MagJack intégré sauve l'espace précieux de carte PCB, qui est idéal pour les produits compacts. Ils réduisent également le nombre de composants et simplifient le processus de conception.Cependant, les magnétiques discrets offrent souvent des performances CEM supérieures car les composants plus grands ont de meilleures caractéristiques et il y a moins de risque de couplage de bruit.

Le meilleur choix dépend des priorités de votre projet.

Pour les applications sensibles au coût ou à volume élevé, le magnétisme discret peut être moins cher. Pour des conceptions où l'espace de conseil est la principale priorité ou vous devez obtenir au marché rapidement, un connecteur intégré de bâti de la carte PCB RJ45 est souvent la meilleure solution.

Puissance au-dessus d'Ethernet (PoE) conception

Vous pouvez simplifier la conception de vos produits en utilisant Power over Ethernet (PoE). Cette technologie vous permet d'envoyer à la fois des données et de l'énergie électrique via un seul câble Ethernet. L'ajout de PoE à la conception de votre PCB nécessite une attention particulière au pinout,Sélection composantEt la mise en page.

PoE Pinout Modes A et B

Le Power over Ethernet utilise deux méthodes standard pour fournir l'alimentation: le mode A et le mode B. Votre appareil doit prendre en charge au moins un de ces modes.

• Mode A (Endspan): Power partage les mêmes fils que les données.Les broches 1 et 2 fournissent la tension positive (), tandis que les broches 3 et 6 fournissent la tension négative (-).

• Mode B (Midspan):Power utilise les paires de fils de rechange dans Ethernet 10/100. Les broches 4 et 5 sont positives () et les broches 7 et 8 sont négatives (-).

Pour Gigabit Ethernet, les quatre paires transportent des données, de sorte que l'alimentation est fournie sous forme de tension en mode commun sur chaque paire. Les périphériques PoE modernes peuvent généralement accepter l'alimentation de l'un ou l'autre mode.

Sélection de Magnetics PoE-Rated

Vous ne pouvez pas utiliser le magnétisme Ethernet standard pour une application PoE.Le courant d'alimentation CC Peut saturer le noyau du transformateur dans le magnétisme non évalué. Cette saturation dégrade le signal de données, conduisant à des échecs de connexion. Plus important encore, les fils minces dans les composants standard peuvent surchauffer, créant un danger pour la sécurité.

Vous devez choisir un connecteur rj45 et un magnetics spécifiquement évalués pour vos conditions de PoE. L'IEEE définit plusieurs normes PoE, chacune avec une livraison de puissance croissante.

Vérifiez la fiche technique!💡En choisissant un connecteur ou un magnetics de bâti de carte PCB de PoE rj45, toujoursVérifier la cote actuelle par paire. Assurez-vous que le composant est évalué pour la norme IEEE 802.3 correcte (af, at, ou bt) vos besoins de conception.

PoE et disposition du connecteur RJ45

Votre disposition PCB est essentielle pour une conception PoE fiable. Les courants plus élevés utilisés dans PoE génèrent plus de chaleur dans le connecteur rj45 et sur le PCB. Vous devez gérer cette chaleur pour éviter les dommages.

Pour votre mise en page, faites très attention aux traces porteuses de puissance. Ces traces sur votre PCB doivent être suffisamment larges pour supporter le courant PoE sans surchauffe. Utilisez un calculateur de largeur de trace de PCB pour déterminer la taille appropriée en fonction de vos besoins actuels et du poids du cuivre. Assurez que votre connecteur de bâti de la carte PCB rj45 est également évalué pour la gamme de température de fonctionnement que votre produit éprouvera, qui est souvent-40 °C à 85 °CPour applications industrielles. Une bonne conception thermique pour votre port rj45 est essentielle pour un produit PoE sûr et durable.

Guide de protection ESD et EMI

Votre port Ethernet est une porte ouverte sur le monde extérieur. Cela le rend vulnérable aux décharges électrostatiques (ESD) et aux interférences électromagnétiques (EMI). Vous devez ajouterCircuits de protectionÀ votre conception de carte PCB pour assurer votre produit est robuste et fiable.

Protection ESD pour les broches RJ45

Un événement ESD est une explosion soudaine d'électricité statique. Il peut endommager de façon permanente la puce sensible d'Ethernet PHY. Vous devez protéger les lignes de données de votre port rj45 avec des diodes de suppression de tension transitoire (TVS).

Le placement est la clé!📍Vous devez placerComposants de protection ESD aussi près que possible du point d'entrée ESD. Pour un port Ethernet, cela signifie placer leDiodes TV juste derrière le connecteur de montage pcb rj45Sur votre PCB. Ceci donne à la montée subite d'ESD un chemin court et de bas-impédance à la terre.

Lors de la sélection d'une diode TV pour votre conception Ethernet, vous devez vérifier plusieurs spécifications clés. Ces composants doivent être en mesure de gérer des événements à haute tension sans affecter les signaux de données à haute vitesse.

Réduction d'EMI et mise à la terre de bouclier

EMI est un bruit indésirable provenant d'autres appareils électroniques, commeAlimentations électriques ou routeurs Wi-Fi. Ce bruit peut corrompre vos données Ethernet.Un connecteur rj45 blindé est votre première ligne de défense, Mais vous devez le mettre à la terre correctement sur le PCB.

Suivez ces règles pour une réduction EMI efficace:

1. Ground le bouclier: Reliez le bouclier en métal du connecteur rj45 directement à votre terre de châssis(Terre). Cela crée un chemin pour que le bruit s'écoule en toute sécurité.

2. UtilisationRésiliation Bob Smith:Ce circuit relie les prises centrales du magnetics à la terre par une résistance etCondensateur. Il fournit un chemin impédance adaptée qui enfonce le bruit de mode commun des paires de données rj45, réduisant les émissions d'IEM du câble lui-même.

Une stratégie de mise à la terre appropriée pour votre port rj45 est essentielle pour passer l'essai de conformité d'EMC et créer un produit stable.

Votre prochaine conception de PCB Ethernet peut être un succès. Vous pouvez utiliser cette liste de contrôle pour votre PCB.

• Appliquez la norme T568B pour votre brochage Ethernet RJ45.

• Intégrez le magnétisme avec un espace clair d'isolation sur le PCB.

• Choisissez les composants évalués pour votre niveau spécifique de puissance de PoE. Une bonne conception PoE est essentielle.

• Ajoutez des circuits de protection à proximité du connecteur sur votre PCB.

Le respect de ces règles vous aide à créer un produit Ethernet robuste et conforme.

FAQ

Dois-je utiliser T568B pour la conception de mes circuits imprimés?

Vous devez utiliser la norme T568B pour presque toutes les nouvelles conceptions. C'est la norme la plus commune. Ce choix garantit que votre produit fonctionne avec les réseaux modernes. Vous n'avez besoin du T568A que pour des projets gouvernementaux ou patrimoniaux particuliers.

Quel devrait être l'écart d'isolement?

La largeur de votre espace d'isolement dépend des normes de sécurité que vous devez respecter. Un écart typique est d'au moins 2mm. Vérifiez toujours la fiche technique de votre magnétisme et les réglementations de sécurité requises (comme IEC 62368-1) pour la spécification exacte.

Puis-je utiliser un connecteur RJ45 standard pour une conception PoE?

Non, vous devez utiliser un connecteur spécialement conçu pour le PoE. Un connecteur RJ45 standard ne peut pas gérer le courant d'alimentation. Utiliser le mauvais peut provoquer une surchauffe et créer un risque d'incendie. Vérifiez toujours la fiche technique du composant pour son évaluation PoE.

Où dois-je connecter le blindage RJ45 sur le PCB?

Vous devez connecter le blindage métallique du connecteur RJ45 directement à la masse du châssis. Cela fournit le meilleur chemin pour que le bruit EMI s'écoule loin de votre circuit. Utilisez une trace courte et large ou une connexion directe via à cet effet.