Hướng dẫn pinout và magnetics RJ45 cho các nhà thiết kế PCB

Bạn phải đối mặt với một thử thách thiết kế PCB phổ biến: thêm một cổng Ethernet đáng tin cậy. Thành công của bạn bắt đầu với đầu nối RJ45. Pinout Ethernet RJ45 tiêu chuẩn là nền tảng cho bất kỳ thiết kế giao diện mạng nào. Dưới đây là Sơ đồ chân cơ bản cho đầu nối gắn PCB RJ45 điển hình.

Hướng dẫn này giúp bạn nắm vững RJ45. Chúng tôi sẽ khám phá các tiêu chuẩn pinout và từ tính. Bạn cũng sẽ tìm hiểu về Power over Ethernet (PoE) và bảo vệ cho PCB của bạn. Thiết kế Ethernet tốt đảm bảo một sản phẩm mạnh mẽ.

Mang theo chìa khóa

• Sử dụng tiêu chuẩn đấu dây T568B cho cổng Ethernet RJ45 của bạn. Đây là cách phổ biến nhất đểKết nối các thiết bị mạng.

• Luôn sử dụng từ tính Ethernet giữa cổng RJ45 và chip chính của bạn. Chúng bảo vệ thiết bị của bạn và giữ tín hiệu rõ ràng.

• Nếu bạn sử dụng Power over Ethernet (PoE), hãy chọn các bộ phận RJ45 đặc biệt. Các bộ phận này có thể xử lý thêm năng lượng mà không bị vỡ.

• Thêm các bộ phận bảo vệ như TVĐiốtGần cổng RJ45. Điều này ngăn chặn tĩnh điện từLàm hỏng thiết bị của bạn.

Hiểu sơ đồ chân máy Ethernet RJ45

Các chân trên đầu nối RJ45 có một công việc cụ thể. Bạn phải làm theo kế hoạch nối dây tiêu chuẩn để thiết bị của bạn có thể giao tiếp. Hai tiêu chuẩn cho pinout Ethernet RJ45 là T568A và T568B. Sự lựa chọn của bạn ảnh hưởng đến cách kết nối RJ45 gửi và nhận dữ liệu.

Tiêu chuẩn pinout T568B

Bạn sẽ sử dụng tiêu chuẩn nối dây T568B cho hầu hết các thiết kế Ethernet mới. Đây là tiêu chuẩn phổ biến nhất ở Hoa Kỳ và cho các mạng mới. Trong thiết lập này, cặp dây màu cam kết nối với các chân 1 và 2 để truyền dữ liệu. Cặp Dây màu xanh lá cây kết nối với chân 3 và 6 để nhận dữ liệu. Của bạnBố trí PCB cho RJ45Nên theo dõi Sơ đồ chân phổ biến này.

Bảng bên dưới hiển thị Sơ đồ chân cho cả T568B và T568A.

Pinout T568A và công dụng của nó

Tiêu chuẩn nối dây T568A là sơ đồ nối dây chính thức khác cho RJ45. Sự khác biệt chính là tiêu chuẩn T568A hoán đổi các cặp dây màu cam và màu xanh lá cây. Ở đây, cặp màu xanh lá cây truyền dữ liệu, và cặp màu cam nhận được nó. Mặc dù ít phổ biến hơn cho các dự án mới, bạn phải sử dụng pinout T568A trong một số tình huống nhất định.

Bạn có thể cần phải sử dụng T568A cho:

• Các dự án cho các cơ sở của chính phủ Hoa Kỳ.

• Duy trì tính nhất quán với hệ thống dây điện T568A hiện có.

• Hỗ trợ một số điện thoại cũ hoặc hệ thống công nghiệp.

Thẳng qua so với chéo trên PCB

Trước đây, bạn cần hai loại cáp Ethernet. Cáp thẳng sử dụng cùng tiêu chuẩn (T568B ở cả hai đầu) để kết nối máy tính với công tắc. Cáp chéo sử dụng T568A ở một đầu và đầu kia T568B để kết nối hai thiết bị tương tự, như hai máy tính.

Cho bạnThiết kế PCB hiện đại, Điều này hiếm khi được quan tâm. Hầu hết các hệ thống Ethernet hiện nay bao gồm một tính năng được gọi là MDI-X tự động.

MDI-X tự động tự động phát hiện cấu hình cần thiếtCho một cổng Ethernet. Công nghệ nàyLoại bỏ sự cần thiết của cáp "Crossover" đặc biệtKhi kết nối thiết bị.

Tính năng nàyTự động cảm nhận dây RJ45 và hoán đổiViệc truyền và nhận các cặp bên trong chip nếu cần.Đối với Gigabit Ethernet, tất cả bốn cặp dây đều được sử dụngĐể gửi và nhận dữ liệu cùng một lúc, làm cho ý tưởng về một pinout Ethernet Ethernet chéo đã lỗi thời. Bạn có thể thiết kế PCB của mình với chân cắm Ethernet RJ45 T568B tiêu chuẩn và tin tưởng rằng MDI-X tự động sẽ xử lý kết nối.

Tích hợp nam châm Ethernet

Bạn không thể kết nối trực tiếp một chip Ethernet PHY với mộtĐầu nối RJ45. Bạn phải đặt một bộ thành phần cụ thể, được gọi là từ tính Ethernet, giữa chúng. Các từ tính này rất cần thiết cho một cổng Ethernet tuân thủ và chức năng.Bỏ qua chúng có thể dẫn đến trục trặc của thiết bị hoặc thậm Chí làm hỏng thiết bị vĩnh viễn.

Tại sao nam châm là thiết yếu

Từ tính Ethernet thường là một bộ biến áp và cuộn cảm nhỏ. Chúng thực hiện ba công việc quan trọng cho thiết kế của bạn.

1. Cách ly Điện:Tạo rào cản từ tính giữa cổng RJ45 có thể truy cập của người dùng và mạch bên trong của thiết bị. Cách ly này là một yêu cầu an toàn quan trọng. Nó bảo vệ người dùng khỏi những cú sốc điện tiềm ẩn và che chắn PCB của bạn khỏi Điện áp bên ngoài có hại. Biện pháp an toàn này được quy định theo tiêu chuẩn công nghiệp.

   • The IEEE 802.3Tiêu chuẩn, sửa đổi cụ thể nhưIEEE 802.3cr-2021, Yêu cầu cách ly điện này cho các cổng Ethernet để tuân thủ các quy định an toàn hiện đại.

2. Loại bỏ tiếng ồn phổ biến:Tín hiệu Ethernet di chuyển trên các cặp dây xoắn. Tiếng ồn từ các nguồn bên ngoài có thể ảnh hưởng đến cả hai dây trong một cặp như nhau. Đây được gọi là tiếng ồn chế độ thông thường.Máy biến áp khai thác trung tâm trong nam châm cung cấp một đường dẫn cho tiếng ồn này đi xuống đất. Hành động này tránh nhiễu ra khỏi các tín hiệu dữ liệu quan trọng của bạn, ngăn không cho nó gây ra EMI và dữ liệu bị hỏng.

3 PoE.Kết hợp Trở kháng:PHY Ethernet và cáp Ethernet của bạn có các đặc tính điện khác nhau. Từ tính hoạt động như một cây cầu để phù hợp với chúng. Đối với Gigabit Ethernet, bạn phải định tuyến các cặp vi sai với mộtTrở kháng 100 Ω. Bộ từ tính đảm bảo rằng tín hiệu nhìn thấy Trở kháng nhất quán từ chip đến cáp, giúp ngăn phản xạ tín hiệu và duy trì tính toàn vẹn tín hiệu để liên lạc đáng tin cậy.

Sơ đồ từ tính và bố cục

Sơ đồ của bạn sẽ hiển thị kết nối từ PHY, thông qua magnetics, đến đầu nối gắn PCB rj4s5. Từ tính cô lập phía PHY từ phía cáp. Cách ly này là quy tắc quan trọng nhất cho bố cục PCB của bạn.

(Một sơ đồ Mẫu sẽ được đặt ở đây, hiển thị các kết nối PHY, magnetics và RJ45.)

Khi bạn thiết kế PCB, bạn phải thực thi cách ly này về mặt vật lý.

Tạo một khoảng cách riêng biệt🚧Bạn phải tạo ra một khoảng trống vật lý trong các mặt phẳng PCB dưới nam châm và đầu nối RJ45. Khoảng cách này, thường được gọi là "moat" hoặc "vùng giữ", "nên tách mặt đất khung gầm (Mặt cáp) khỏi mặt đất kỹ thuật số của PCB (Mặt PHY). Không có dấu vết hoặc mặt phẳng bằng đồng nào vượt qua Khoảng cách này.

Dưới đây là các quy tắc bố trí quan trọng cho thiết kế Ethernet của bạn:

• Đóng linh kiện đặt:Định vị đầu nối RJ45 PCB mount, magnetics và PHY càng gần nhau càng tốt để giữ dấu vết tín hiệu ngắn.

• Cặp vi sai tuyến đường:Định tuyến các cặp truyền (TX) và nhận (RX) thành các cặp vi sai 100 Ω. Giữ chặt Hai Dấu vết trong mỗi cặp và khớp với chiều dài để giảm thiểu tiếng ồn.

• Tránh vias:Không sử dụng vias trong các dấu vết Cặp vi sai giữa PHY và magnetics. Vias thay đổi trở kháng và có thể phá vỡ chất lượng tín hiệu.

• Sử dụng một mặt phẳng vững chắc:Định tuyến các dấu vết tốc độ cao trên mặt phẳng mặt đất liên tục ở mặt PHY của PCB để đảm bảo đường quay trở lại sạch sẽ.

Đối với một số phys, như từ HiSilicon, bạn có thể đơn giản hóa việc lựa chọn thành phần bằng cách làm việc với một đối tác giải pháp được chỉ định bởi HiSilicon (ủy quyền), chẳng hạn nhưNovaCông ty công nghệ (HK) Limited), để đảm bảo tích hợp thích hợp.

Magjacks rời rạc và tích hợp

Bạn có hai lựa chọn chính để triển khai Ethernet magnetics trên PCB của bạn.

• Từ tính Rời Rạc:Bạn sử dụng một đầu nối RJ45 riêng biệt và một mô-đun từ tính riêng biệt trên PCB của bạn.

• Tích hợp magjack:Bạn sử dụng một đầu nối RJ45 duy nhất có nam châm tích hợp trong vỏ của nó.

Mỗi Cách tiếp cận đều có những ưu đãi cho thiết kế của bạn.Magjack tích hợp tiết kiệm không gian PCB có giá trị, lý tưởng cho các sản phẩm nhỏ gọn. Chúng cũng giảm số lượng thành phần và có thể đơn giản hóa quá trình thiết kế.Tuy nhiên, từ tính Rời Rạc thường mang lại hiệu suất EMC vượt trội vì các thành phần lớn hơn có đặc tính tốt hơn và ít có nguy cơ ghép tiếng ồn.

Sự lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào những ưu tiên của dự án.

Đối với các ứng dụng nhạy cảm với chi phí hoặc khối lượng lớn, bộ từ tính Rời Rạc có thể rẻ hơn. Đối với các thiết kế nơi không gian bảng là ưu tiên hàng đầu hoặc bạn cần nhanh chóng ra thị trường, đầu nối gắn PCB RJ45 tích hợp thường là giải pháp tốt hơn.

Thiết kế cấp nguồn qua Ethernet (PoE)

Bạn có thể đơn giản hóa Thiết kế sản phẩm của mình bằng cách sử dụng Power over Ethernet (PoE). Công nghệ này cho phép bạn gửi cả dữ liệu và nguồn điện qua một cáp Ethernet duy nhất. Việc thêm PoE vào thiết kế PCB của bạn đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến pinout,Lựa chọn thành phần, Và bố trí.

PoE pinout chế độ A và B

Power over Ethernet sử dụng hai phương pháp tiêu chuẩn để cung cấp năng lượng: chế độ A và chế độ B. Thiết bị của bạn phải hỗ trợ ít nhất một trong các chế độ này.

• Chế độ A (endspan): Nguồn điện chia sẻ cùng dây với dữ liệu.Chân 1 và 2 cung cấp điện áp dương (), trong khi chân 3 và 6 cung cấp điện áp âm (-).

• Chế độ B (midspan):Nguồn điện sử dụng các cặp dây dự phòng trong Ethernet 10/100. Chân 4 và 5 là Dương (), và chân 7 và 8 là âm (-).

Đối với Gigabit Ethernet, cả bốn cặp đều mang dữ liệu, vì vậy nguồn điện được phân phối dưới dạng điện áp chế độ chung trên mỗi cặp. Các thiết bị PoE hiện đại thường có thể chấp nhận nguồn điện từ cả hai chế độ.

Chọn từ tính định mức PoE

Bạn không thể sử dụng từ tính Ethernet tiêu chuẩn cho ứng dụng PoE.Dòng điện một chiều có thể bão hòa lõi máy biến áp trong từ tính không định mức. Độ bão hòa này làm giảm tín hiệu dữ liệu, dẫn đến lỗi kết nối. Quan trọng hơn, các dây mỏng trong các thành phần tiêu chuẩn có thể bị quá nóng, tạo ra nguy cơ an toàn.

Bạn phải chọn đầu nối RJ45 và nam châm được đánh giá đặc biệt cho các yêu cầu POE của bạn. IEEE xác định một số tiêu chuẩn PoE, mỗi tiêu chuẩn cung cấp điện ngày càng tăng.

Kiểm tra bảng dữ liệu!💡Khi chọn đầu nối PoE RJ45 PCB hoặc từ tính, luôn luônXác minh Xếp hạng Hiện tại trên mỗi cặp. Đảm bảo thành phần được đánh giá đúng tiêu chuẩn IEEE 802.3 (AF, at hoặc BT) nhu cầu thiết kế của bạn.

POE và bố trí đầu nối RJ45

Bố cục PCB của bạn rất quan trọng đối với một thiết kế PoE đáng tin cậy. Dòng điện cao hơn được sử dụng trong PoE tạo ra nhiều nhiệt hơn trong đầu nối RJ45 và trên PCB. Bạn phải Quản lý nhiệt này để tránh thiệt hại.

Về cách bố trí của bạn, hãy chú ý đến các dấu vết mang điện. Những dấu vết trên PCB của bạn phải đủ rộng để xử lý dòng điện PoE mà không quá nóng. Sử dụng máy tính chiều rộng dấu vết PCB để xác định kích thước phù hợp dựa trên nhu cầu hiện tại và trọng lượng đồng của bạn. Đảm bảo đầu nối gắn PCB RJ45 của bạn cũng được đánh giá cho phạm vi nhiệt độ hoạt động sản phẩm của bạn sẽ trải nghiệm, thường xuyên-40 °c đến 85 °cCho các ứng dụng công nghiệp. Thiết kế nhiệt tốt cho cổng RJ45 của bạn là điều cần thiết cho một sản phẩm PoE an toàn và lâu dài.

Hướng dẫn bảo vệ ESD và EMI

Cổng Ethernet của bạn là một Cánh Cửa Mở cho thế giới bên ngoài. Điều này làm cho nó dễ bị xả Tĩnh Điện (ESD) và nhiễu điện từ (EMI). Bạn phải thêmMạch bảo vệVới thiết kế PCB của bạn để đảm bảo sản phẩm của bạn mạnh mẽ và đáng tin cậy.

Bảo vệ ESD cho chân RJ45

Sự kiện ESD là một sự kiện điện tĩnh đột ngột bùng nổ. Nó có thể làm hỏng vĩnh viễn chip Ethernet PHY nhạy cảm. Bạn phải bảo vệ các đường dữ liệu của cổng RJ45 bằng điốt triệt Điện áp thoáng qua (TV).

Vị trí là chìa khóa!📍Bạn phải đặtCác thành phần bảo vệ ESD càng gần càng tốt đến điểm vào ESD. Đối với cổng Ethernet, điều này có nghĩa là đặtĐiốt TV ngay sau đầu nối gắn PCB RJ45Trên PCB của bạn. Điều này mang lại sự đột biến ESD một đường dẫn ngắn, trở kháng thấp xuống mặt đất.

Khi chọn một diode TVS cho thiết kế Ethernet của bạn, bạn cần kiểm tra Một số thông số kỹ thuật chính. Các thành phần này phải có khả năng xử lý các sự kiện điện áp cao mà không ảnh hưởng đến tín hiệu dữ liệu tốc độ cao.

Giảm EMI và bảo vệ nối đất

Emi là tiếng ồn không mong muốn từ các thiết bị điện tử khác, nhưBộ nguồn hoặc bộ định tuyến Wi-Fi. Tiếng ồn này có thể làm hỏng dữ liệu Ethernet của bạn.Đầu nối RJ45 được bảo vệ là dòng sản phẩm phòng thủ đầu tiên của bạn, Nhưng bạn phải đặt nó đúng trên PCB.

Thực hiện theo các quy tắc này để giảm EMI hiệu quả:

1. Leo lên khiên: Kết nối trực tiếp lá chắn kim loại của đầu nối RJ45 với mặt đất khung gầm của bạn(Mặt đất). Điều này tạo ra một đường dẫn cho tiếng ồn để thoát ra một cách an toàn.

2. Sử dụngChấm dứt Bob Smith:Mạch này kết nối các vòi trung tâm của từ tính với mặt đất thông qua một điện trở vàTụ điện. Nó cung cấp một đường dẫn phù hợp với trở kháng giúp giảm tiếng ồn chế độ chung từ các cặp dữ liệu RJ45, giảm lượng khí thải EMI từ chính cáp.

Một chiến lược nối đất thích hợp cho cổng RJ45 của bạn là điều cần thiết để vượt qua thử nghiệm tuân thủ EMC và tạo ra một sản phẩm ổn định.

Thiết kế Ethernet PCB tiếp theo của bạn có thể thành công. Bạn có thể sử dụng danh sách kiểm tra này cho PCB của bạn.

• Áp dụng tiêu chuẩn T568B cho sơ đồ chân Ethernet RJ45 của bạn.

• Tích hợp magnetics với khoảng cách cách cách ly rõ ràng trên PCB.

• Chọn các thành phần được đánh giá cho mức năng lượng PoE cụ thể của bạn. Thiết kế PoE tốt rất quan trọng.

• Thêm các mạch bảo vệ gần với đầu nối trên PCB của bạn.

Tuân thủ các quy tắc này giúp bạn tạo ra một sản phẩm Ethernet mạnh mẽ và tuân thủ.

Câu hỏi thường gặp

Tôi Có phải sử dụng T568B cho thiết kế PCB của tôi không?

Bạn nên sử dụng tiêu chuẩn T568B cho hầu hết các thiết kế mới. Đây là tiêu chuẩn phổ biến nhất. Lựa chọn này đảm bảo sản phẩm của bạn hoạt động với các mạng hiện đại. Bạn chỉ cần T568A cho các dự án Di Sản hoặc chính phủ cụ thể.

Khoảng cách cách nên rộng bao nhiêu?

Chiều rộng của Khoảng cách cách cách ly của bạn phụ thuộc vào tiêu chuẩn an toàn bạn phải đáp ứng. Một khoảng cách điển hình là ít nhất 2mm. Luôn kiểm tra bảng điều khiển từ tính của bạn và các quy định an toàn cần thiết (như IEC 62368-1) để biết thông số kỹ thuật chính xác.

Tôi có thể sử dụng đầu nối RJ45 thông thường cho thiết kế PoE không?

Không, bạn phải sử dụng một đầu nối được xếp hạng riêng cho PoE. Một đầu nối RJ45 tiêu chuẩn không thể xử lý dòng điện. Sử dụng sai sản phẩm có thể gây quá nóng và tạo ra nguy cơ hỏa hoạn. Luôn kiểm tra bảng dữ liệu của thành phần để biết đánh giá POE của nó.

Tôi có thể kết nối RJ45 Shield trên PCB ở đâu?

Bạn nên kết nối trực tiếp lá chắn kim loại của đầu nối RJ45 với mặt đất khung gầm. Điều này cung cấp đường dẫn tốt nhất cho tiếng ồn EMI để thoát ra khỏi mạch của bạn. Sử dụng một dấu vết ngắn, rộng hoặc một dấu vết trực tiếp thông qua kết nối cho mục đích này.