Распиновка и магнетизм RJ45 Руководство для дизайнеров печатных плат

Вы сталкиваетесь с общей проблемой проектирования печатных плат: добавлением надежного порта Ethernet. Ваш успех начинается с разъема RJ45. Стандартная распиновка Ethernet RJ45 является основой для любого дизайна сетевого интерфейса. Ниже приведена основная распиновка для типичного разъема для монтажа на печатной плате RJ45.

Это руководство поможет вам освоить RJ45. Мы будем изучать стандарты распиновки и магнетизм. Вы также узнаете о Power over Ethernet (PoE) и защите вашей печатной платы. Хорошая конструкция Ethernet обеспечивает надежный продукт.

Ключевые выходы

• Используйте стандарт проводки T568B для порта Ethernet RJ45. Это самый распространенный способПодключение сетевых устройств.

• Всегда используйте магнитные сети Ethernet между портом RJ45 и основным чипом. Они защищают ваше устройство и сохраняют четкие сигналы.

• Если вы используете Power over Ethernet (PoE), выберите специальные детали RJ45. Эти детали могут выдерживать дополнительную мощность без поломки.

• Добавьте защитные детали, такие как TVSДиодыРядом с портом RJ45. Это останавливает статическое электричество отПовреждение вашего устройства.

Понимание распиновка Ethernet RJ45

Контакты на разъеме RJ45 имеют определенную работу. Вы должны следовать стандартному плану проводки для вашего устройства для связи. Два стандарта для распиновки RJ45 Ethernet-это T568A и T568B. Ваш выбор влияет на то, как разъем RJ45 отправляет и принимает данные.

Стандарт распиновка T568B

Вы будете использовать стандарт проводки T568B для большинства новых конструкций Ethernet. Это самый распространенный стандарт в Соединенных Штатах и для новых сетей. В этой настройке оранжевая пара проводов подключается к контактам 1 и 2 для передачи данных. Пара зеленых проводов подключается к контактам 3 и 6 для приема данных. ВашМакет печатной платы для RJ45Следует этой популярной распиновке.

В таблице ниже показана распиновка для T568B и T568A..

Распиновка T568A и ее использование

Стандарт проводки T568A-это другая официальная схема проводки для RJ45. Основное отличие заключается в том, что стандарт T568A поменяет оранжевую и зеленую пары проводов. Здесь зеленая пара передает данные, а оранжевая пара получает их. Хотя это менее распространено для новых проектов, вы должны использовать распиновку T568A в определенных ситуациях.

Возможно, вам придется использовать T568A для:

• Проекты для государственных объектов США.

• Поддержание согласованности с существующей проводкой T568A.

• Поддержка некоторых старых телефонных или промышленных систем.

Прямо-через против кроссовера на печатной плате

В прошлом вам понадобилось два типа кабелей Ethernet. Прямой кабель использует один и тот же стандарт (T568B на обоих концах) для подключения компьютера к коммутатору. Кроссовый кабель использует T568A на одном конце и T568B на другом для подключения двух похожих устройств, таких как два компьютера.

Для вашегоСовременный дизайн печатной платы, Это редко вызывает беспокойство. Большинство Ethernet PHY теперь включают функцию под названием Auto MDI-X.

Авто MDI-X автоматически определяет необходимую конфигурациюДля порта Ethernet. Данная технологияУстраняет необходимость в специальных «кроссоверных» кабеляхПри подключении устройств.

Эта функцияАвтоматически определяет проводку RJ45 и заменяет ееПри необходимости пары передачи и приема внутри чипа.Для Gigabit Ethernet используются все четыре пары проводов.Отправлять и получать данные одновременно, что делает идею распиновки кроссовера RJ45 Ethernet устаревшей. Вы можете спроектировать свою печатную плату со стандартной распиновкой T568B RJ45 Ethernet и быть уверены, что Auto MDI-X справится с подключением.

Интеграция магнитов Ethernet

Вы не можете подключить чип Ethernet PHY напрямую кРазъем RJ45. Вы должны поместить между ними определенный набор компонентов, известный как Ethernet-магнетизм. Эти магниты необходимы для совместимого и функционального порта Ethernet.Их пропуск может привести к неисправности устройства или даже необратимому повреждению вашего PHY..

Почему магнетизм является важным

Магниты Ethernet обычно представляют собой набор небольших трансформаторов и дросселей. Они выполняют три важные работы для вашего дизайна.

1. Электрическая изоляция:Магниты создают барьер между доступным для пользователя портом RJ45 и внутренней схемой вашего устройства. Эта изоляция является ключевым требованием безопасности. Он защищает пользователей от потенциальных ударов электрическим током и защищает вашу печатную плату от вредных внешних напряжений. Эта мера безопасности предусмотрена в соответствии с отраслевыми стандартами.

   • The IEEE 802,3Стандарт, особенно поправки, такие какIEEE 802.3cr-2021, Требует, чтобы эта электрическая изоляция портов Ethernet соответствовала современным правилам безопасности.

2. Сброс общего режима шума:Сигналы Ethernet распространяются по витым парам проводов. Шум от внешних источников может одинаково влиять на оба провода в паре. Это так называемый синфазный шум.Трансформатор с центральным нарезом в магнитах обеспечивает путь для этого шума, чтобы пойти на землю. Это действие удаляет шум от ваших важных сигналов данных, предотвращая его от возникновения электромагнитных помех и повреждения данных.

3 PoE.Соответствие импеданса:Ваш Ethernet PHY и кабель Ethernet имеют разные электрические характеристики. Магнетизм действует как мост, чтобы соответствовать им. Для Gigabit Ethernet необходимо маршрутизировать дифференциальные пары с помощьюСопротивление 100 Ом. Магнетизм гарантирует, что сигнал видит постоянное сопротивление от микросхемы к кабелю, что предотвращает отражения сигнала и поддерживает целостность сигнала для надежной связи.

Схема и расположение магнетиков

На вашей схеме будет показано соединение от PHY через магнетизм к разъему для монтажа на печатной плате RJ4s5. Магнетизм изолирует сторону PHY от стороны кабеля. Эта изоляция является наиболее важным правилом для вашей компоновки печатной платы.

(Здесь будет размещена примерная схематическая схема, показывающая соединения PHY, магнетизм и RJ45.)

Когда вы проектировать PCB, вы должны обеспечить эту изоляцию физически.

Создание зазора изоляции🚧Необходимо создать физическую пустоту в плоскостях печатной платы под магнитами и разъемом RJ45. Этот зазор, часто называемый «рвом» или «зоной удержания», должен отделять заземление шасси (сторона кабеля) от цифрового заземления вашей печатной платы (сторона PHY). Никакие следы или медные плоскости не должны пересекать этот зазор.

Вот основные правила компоновки для вашего дизайна Ethernet:

• Разместите компоненты близко:Расположите разъем RJ45 для монтажа на печатной плате, магнит и PHY как можно ближе друг к другу, чтобы следы сигнала оставались короткими.

• Дифференциальные пары маршрута:Направьте пары передачи (TX) и приема (RX) как дифференциальные пары 100 Ом. Держите две дорожки в каждой паре плотно соединенными и подобранными по длине, чтобы минимизировать шум.

• Избегайте Виас:Не используйте перепады в следах дифференциальной пары между PHY и магнитами. Виас меняют импеданс и могут нарушить качество сигнала.

• Используйте твердую плоскость заземления:Проведите высокоскоростные трассы по непрерывной плоскости заземления на стороне PHY печатной платы, чтобы обеспечить чистый обратный путь.

Для некоторых PHY, например, от HiSilicon, вы можете упростить выбор компонентов, работая с назначенным HiSilicon (авторизованным) партнером по решениям, таким какНоваТехнологическая компания (HK) Limited), чтобы обеспечить надлежащую интеграцию.

Дискретный против интегрированного MagJacks

У вас есть два основных варианта реализации Ethernet магнетизма на вашей печатной плате.

• Дискретный магнетизм:Вы используете отдельный разъем RJ45 и отдельный магнитный модуль на вашей печатной плате.

• Интегрированный MagJack:Вы используете один разъем RJ45, который имеет магнетизм, встроенный в его корпус.

Каждый подход имеет компромиссы для вашего дизайна.Интегрированный MagJack экономит ценное пространство на печатной плате, что идеально подходит для компактных продуктов. Они также уменьшают количество компонентов и могут упростить процесс проектирования.Однако дискретные магниты часто обеспечивают превосходные характеристики ЭМС, поскольку более крупные компоненты имеют лучшие характеристики и меньше риска шумовой связи.

Лучший выбор зависит от приоритетов вашего проекта.

Для приложений, чувствительных к затратам или больших объемов, дискретный магнетизм может быть дешевле. Для конструкций, где пространство на плате является главным приоритетом или вам нужно быстро выйти на рынок, встроенный разъем для монтажа на печатной плате RJ45 часто является лучшим решением.

Проектирование питания через Ethernet (PoE)

Вы можете упростить дизайн продукта, используя Power over Ethernet (PoE). Эта технология позволяет отправлять как данные, так и электроэнергию по одному кабелю Ethernet. Добавление PoE в дизайн вашей печатной платы требует пристального внимания к распиновке,Выбор компонентов, И макет.

Режимы распиновка PoE A и B

Power over Ethernet использует два стандартных метода подачи питания: режим A и режим B. Ваше устройство должно поддерживать хотя бы один из этих режимов.

• Режим A (Endspan): Питание использует те же провода, что и данные.Контакты 1 и 2 обеспечивают положительное () напряжение, а контакты 3 и 6-отрицательное (-) напряжение..

• Режим B (средний промежуток):Питание использует запасные пары проводов в 10/100 Ethernet. Контакты 4 и 5 являются положительными (), а контакты 7 и 8-отрицательными (-).

Для Gigabit Ethernet все четыре пары переносят данные, поэтому питание подается в виде синфазного напряжения на каждую пару. Современные устройства PoE обычно могут принимать питание из любого режима.

Выбор магнитов с рейтингом PoE

Нельзя использовать стандартные магнитные сети Ethernet для приложения PoE.Постоянный ток мощности может насыщать сердечник трансформатора неноминальным магнитом.. Это насыщение ухудшает сигнал данных, что приводит к сбоям соединения. Что еще более важно, тонкие провода в стандартных компонентах могут перегреваться, создавая угрозу безопасности.

Вы должны выбрать разъем rj45 и магнетизм, специально предназначенные для ваших требований PoE. IEEE определяет несколько стандартов PoE, каждый из которых увеличивает мощность.

Проверьте техническое описание!💡При выборе разъема для монтажа на печатной плате PoE rj45 или магнетизма всегдаПроверить текущий рейтинг каждой пары. Убедитесь, что компонент соответствует правильному стандарту IEEE 802,3 (af, at или bt), который требуется для вашего проекта.

Расположение разъема PoE и RJ45

Ваша компоновка печатной платы имеет решающее значение для надежной конструкции PoE. Более высокие токи, используемые в PoE, генерируют больше тепла в разъеме rj45 и на печатной плате. Вы должны управлять этим теплом, чтобы предотвратить повреждение.

Для вашего макета обратите пристальное внимание на силовые следы. Эти следы на вашей печатной плате должны быть достаточно широкими, чтобы выдерживать ток PoE без перегрева. Используйте калькулятор ширины трассировки печатной платы, чтобы определить правильный размер на основе ваших текущих потребностей и веса меди. Убедитесь, что разъем для монтажа на печатной плате rj45 также рассчитан на диапазон рабочих температур, который будет испытывать ваш продукт, что частоОт-40 ° C до 85 ° CДля промышленного применения. Хорошая тепловая конструкция для вашего порта rj45 необходима для безопасного и долговечного продукта PoE.

Руководство по защите от электростатических разрядов и электромагнитных помех

Ваш порт Ethernet-это открытая дверь во внешний мир. Это делает его уязвимым для электростатического разряда (ESD) и электромагнитных помех (EMI). Вы должны добавитьСхемы защитыК вашей конструкции печатной платы, чтобы гарантировать надежность и надежность вашего продукта.

Защита от электростатического разряда для контактов RJ45

Событие ESD-это внезапный всплеск статического электричества. Это может навсегда повредить чувствительный чип Ethernet PHY. Вы должны защитить линии данных вашего порта rj45 с помощью диодов подавления переходного напряжения (TVS).

Размещение является ключевым!📍Вы должны разместитьКомпоненты защиты от электростатического разряда как можно ближе к точке входа электростатического разряда. Для порта Ethernet это означает размещениеTVS-диоды прямо за разъемом для монтажа на печатной плате rj45На вашей печатной плате. Это дает скачку ESD короткий путь к земле с низким сопротивлением.

При выборе диода TVS для вашей конструкции Ethernet вам необходимо проверить несколько ключевых спецификаций. Эти компоненты должны быть в состоянии обрабатывать события высокого напряжения, не влияя на высокоскоростные сигналы данных.

Уменьшение электромагнитных помех и заземление экрана

EMI-это нежелательный шум от других электронных устройств, напримерИсточники питания или Wi-Fi роутеры. Этот шум может повредить ваши данные Ethernet.Экранированный разъем rj45-ваша первая линия обороны., Но вы должны правильно заземить его на печатной плате.

Следуйте этим правилам для эффективного снижения электромагнитных помех:

1. Заземлите щит: Подключите металлический экран разъема rj45 прямо к земле шасси.(Земля земли). Это создает путь для шума, чтобы безопасно стекать.

2. ИспользоватьБоб Смит Прекращение:Эта схема соединяет центральные отводы магнетизма с землей через резистор иКонденсатор. Он обеспечивает путь, соответствующий импедансам, который поглощает синфазный шум из пар данных rj45, уменьшая выбросы электромагнитных помех от самого кабеля.

Правильная стратегия заземления для вашего порта rj45 необходима для прохождения тестирования на соответствие требованиям EMC и создания стабильного продукта.

Ваш следующий дизайн печатной платы Ethernet может быть успешным. Вы можете использовать этот контрольный список для своей печатной платы.

• Примените стандарт T568B для распиновки Ethernet RJ45.

• Интегрируйте магнетизм с четким изолирующим зазором на печатной плате.

• Выберите компоненты, рассчитанные на ваш конкретный уровень мощности PoE. Хороший дизайн PoE имеет решающее значение.

• Добавьте схемы защиты рядом с разъемом на печатной плате.

Следование этим правилам поможет вам создать надежный и совместимый продукт Ethernet.

Часто задаваемые вопросы

Должен ли я использовать T568B для дизайна моей печатной платы?

Вы должны использовать стандарт T568B практически для всех новых конструкций. Это самый распространенный стандарт. Этот выбор гарантирует, что ваш продукт работает с современными сетями. Вам нужен только T568A для конкретных унаследованных или правительственных проектов.

Насколько широким должен быть разрыв изоляции?

Ширина вашего изоляционного зазора зависит от стандартов безопасности, которые вы должны соблюдать. Типичный зазор составляет не менее 2 мм. Всегда проверяйте техническое описание для ваших магнитных характеристик и требуемых правил безопасности (например, IEC 62368-1) для точной спецификации.

Могу ли я использовать обычный разъем RJ45 для дизайна PoE?

Нет, вы должны использовать разъем, специально предназначенный для PoE. Стандартный разъем RJ45 не может справиться с током питания. Использование неправильного может вызвать перегрев и создать пожароопасность. Всегда проверяйте техническое описание компонента на его рейтинг PoE.

Где подключить экран RJ45 на печатной плате?

Металлический экран разъема RJ45 следует подсоединить непосредственно к земле шасси. Это обеспечивает лучший путь для шума EMI, чтобы стекать из вашей цепи. Для этой цели используйте короткий, широкий след или прямое соединение.