Conectores RJ45 - Lo que hay que saber

Tras su introducción en la década de 1960 por AT&T para sustituir los voluminosos conectores telefónicos, los conectores modulares han sido un elemento básico de los servicios de comunicación y datos en todo el mundo. Aunque en un principio estaban destinados a las conexiones telefónicas, los conectores jack registrados (RJ) se ampliaron con el paso de los años para incluir también la comunicación de datos. Esto condujo a lo que podría ser el conector modular más reconocido hoy en día, el conector RJ45, que se utiliza en aplicaciones de redes informáticas y se conoce comúnmente como conector Ethernet. Aunque su uso está muy extendido, este artículo pretende ofrecer una visión en profundidad de todo lo relacionado con los conectores RJ45, incluyendo sus características y capacidades básicas, aplicaciones, normas y mucho más.

Conceptos básicos de RJ45

En un nivel más básico, los conectores RJ45 son dispositivos modulares de interconexión emparejados con un cable que proporcionan comunicación de datos a diversos sistemas electrónicos. Contienen 8 contactos y 8 posiciones de cables utilizados para señales o alimentación, lo que significa que permiten 4 pares de cables trenzados. Aunque esta configuración de 8 contactos y 8 posiciones los hace similares a otros conectores 8P8C, los conectores RJ45 reales cuentan además con una lengüeta que sólo permite la inserción del dispositivo en una orientación con un zócalo compatible para evitar conexiones incorrectas. Aunque la mayoría de los conectores 8P8C se denominan RJ45, esto no es del todo exacto porque los conectores 8P8C pueden conectarse a tomas RJ45, pero los conectores RJ45 no pueden conectarse a tomas 8P8C.

Como cualquier conector modular, los conectores RJ45 ofrecen una serie de ventajas, como el bajo costo, el montaje sin soldadura del conector y el cableado, la rápida producción de cables personalizados, la facilidad de inserción y extracción, el fácil montaje en campo con herramientas sencillas y la posibilidad de personalizar los cables in situ. Además de estas ventajas básicas, los conectores RJ45 también pueden ofrecer varias características adicionales, como por ejemplo

• Blindaje: anula los efectos de EMI/RFI
• Clavado: garantiza una inserción adecuada
• Varias posibilidades de montaje: permite métodos de panel, tablero, superficie o a través de agujeros
• Pantallas e indicadores: indica el estado de la conexión
• Magnetismo integrado: permite un mejor apantallamiento y protección de la corriente
• Hi-Rel: proporciona protección para el hardware y la conexión

Usos y aplicaciones del RJ45

Los conectores RJ45 son los más utilizados para conectar un dispositivo con acceso a Internet con otro dispositivo de red. Por ejemplo, un PC conectado a un servidor, un router, un módem, una televisión inteligente, una consola de juegos o cualquier dispositivo que utilice el protocolo Ethernet. La conexión por cable que proporcionan los conectores RJ45 permite una mayor velocidad de datos, una mayor estabilidad y una mayor seguridad. Esto hace que las conexiones RJ45 sean atractivas tanto para el uso profesional como para el personal.

Figura 1: Los conectores RJ45 se encuentran en una serie de dispositivos de red (Fuente de la imagen: Same Sky)

Las características y capacidades añadidas a la línea de productos RJ45, como el aumento de la velocidad y la robustez, también han hecho que este sistema de interconexión se pueda utilizar fuera de las redes de oficina o domésticas, mientras que la introducción del protocolo EtherCAT ha llevado a un mayor uso en la planta de producción y más allá. Algunas de las nuevas aplicaciones que utilizan la tecnología RJ45 son:

• Automatización de fábricas
• Control de procesos industriales
• Robótica industrial (fabricación y montaje)
• Sistemas de prueba y medición
• Sistemas de control de calidad
• Sistemas y dispositivos de protocolo de voz sobre Internet (VOIP)
• Dispositivos de red del Internet de las cosas (IoT)

Introducción a los estándares de los conectores RJ45

Existen varias normas aplicables a los conectores RJ45, según su aplicación y uso previsto. Estas normas aplicables se resumen brevemente aquí, pero varias normas se describirán con mayor detalle más adelante:

• ANSI/TIA 1096-A: cubre las características mecánicas básicas, las dimensiones físicas y los requisitos de contacto para los dispositivos RJ45
• T-568A y T-568B: las normas básicas de cableado y distribución de pines
• IEEE 802.3at, 802.3af y 802.3bt: los distintos estándares de alimentación a través de Ethernet (PoE) para conectores RJ45 capaces de suministrar corriente eléctrica al dispositivo final
• IEEE 1394: estructura de bus de interfaz de datos utilizada con RJ45

Hay otras normas que definen los cables o hilos utilizados para los dispositivos RJ45, también en función de la aplicación final.

Ethernet y EtherCAT

RJ45 y Ethernet son dos términos que van de la mano. Desarrollado por el IEEE en la década de 1980, el estándar Ethernet (IEEE 802.3) define las reglas para configurar una red Ethernet (conexiones), el número de conductores necesarios para una conexión, el rendimiento esperado y un marco de transmisión de datos. Sigue siendo la tecnología LAN más utilizada y popular en todo el mundo debido a su facilidad de uso, costo, velocidad y amplia compatibilidad con los protocolos de red, siendo los conectores RJ45 los dispositivos estándar utilizados en la configuración de la red.

Introducido en 2003, Ethernet para la tecnología de control y automatización (EtherCAT) es un protocolo de red muy flexible utilizado por la industria para la automatización de fábricas en tiempo real, pruebas y mediciones, etc. Está definido por la norma IEC 61158 y funciona a altas velocidades con gran eficiencia. Las redes EtherCAT utilizan dos puertos RJ45 sin necesidad de otro hardware especial. Un RJ45 se conecta al nodo anterior de la red y el otro al siguiente, lo que permite un uso eficiente del ancho de banda.

Categorías de cableado Ethernet

El cableado utilizado en las redes Ethernet y EtherCAT se ofrece en varios tipos diferentes, desde Cat5 y Cat6 hasta ahora Cat7 e incluso el nuevo Cat8. Cada uno de los estándares de cable ofrece métricas de rendimiento muy diferentes, pero todos utilizan los mismos conectores RJ45. Esto significa que cada cable, independientemente de la norma, constará de 8 hilos y 4 pares de hilos trenzados, lo que coincide con la configuración 8P8C del RJ45.

El Cat5 está casi obsoleto en este momento gracias a los cables Cat5e, que son hasta 10 veces más rápidos que el Cat5 y ofrecen mayor resistencia a la diafonía o las interferencias. Además, Cat6 mejora la capacidad de ancho de banda con respecto a Cat5e, reduce aún más la diafonía y las interferencias mediante el apantallamiento, y sigue siendo compatible con Cat5/5e. Se suele utilizar en instalaciones de red que necesitan velocidades de Gigabit. La nueva Cat6a incorpora una gruesa carcasa de plástico para reducir aún más la diafonía y permite realizar tramos de cable más largos, de hasta 90 metros. Cat7 y Cat7a aumentan cada vez más la capacidad de ancho de banda.

Tabla 1: Especificaciones de la categoría del cable Ethernet (Fuente de la imagen: Same Sky)

Alimentación por cable Ethernet (PoE)

Además de transmitir señales de datos, los conectores RJ45 ofrecen la posibilidad de suministrar energía eléctrica a los dispositivos conectados aprovechando los pares de hilos trenzados no utilizados en los cables Ethernet. Esta técnica de alimentación a través de Ethernet (PoE) está definida por la norma IEEE 802.3af y sus iteraciones, que siguen aumentando la capacidad de suministro de energía.

Tabla 2: Normas de alimentación a través de Ethernet (Fuente de la imagen: Same Sky)

La posibilidad de suministrar corriente continua a través de estos pares de cables elimina la necesidad de un cableado de alimentación independiente. Sin necesidad de cables eléctricos, tomas de corriente o instalaciones separadas, PoE ha crecido rápidamente gracias a los ahorros de costes y la flexibilidad que proporciona. PoE también está diseñado para ser seguro, fiable y escalable.

Figura 2: Los inyectores PoE proporcionan energía a los dispositivos conectados a Ethernet (Fuente de la imagen: Same Sky)

Normas T568A y T568B

T568A y T568B son las dos normas de configuración de pines RJ45 que especifican la asignación de los 8 cables dentro del conector. Estos cables codificados por colores deben insertarse correctamente en sus ubicaciones de pines especificadas para el correcto funcionamiento de una red Ethernet. T568A ofrece compatibilidad con el cableado antiguo y T568B ofrece un mejor aislamiento de la señal y protección contra el ruido. Los conectores pasantes RJ45 permiten introducir los cables a través del conector y recortarlos durante el proceso de engaste para facilitar la alineación.

Figura 3: Distribuciones de pines T568A y T568B (Fuente de la imagen: Same Sky)

Figura 4: Cableado T568B mostrado en un conector RJ45 (Fuente de la imagen: Same Sky)

La decisión sobre qué norma es la adecuada dependerá de las necesidades individuales de diseño y de si se utiliza un cable directo o cruzado. El cable recto (cable de conexión) tiene el mismo estándar de cableado en cada extremo, mientras que el cable cruzado conecta los mismos tipos de dispositivos al tener T568A en un extremo y T568B en el otro. Los cables enrollados o rollover son planos y conectan los dispositivos a un puerto de consola del conmutador de red. Sólo se utilizan para establecer una interfaz y no transmiten datos.

Loopback y T1 son otros dos términos comunes que se pueden escuchar. El loopback es un tipo de conexión que permite a un ordenador interactuar consigo mismo, lo que puede utilizarse para el diagnóstico, la resolución de problemas y la conexión con servidores. Las líneas T1, aunque mucho menos comunes que hace 15 o 20 años, son líneas dedicadas directamente desde un proveedor de servicios de telecomunicaciones a un usuario final, que ofrecen mayores velocidades y pueden transportar tanto voz como datos.

Consideraciones finales de diseño para RJ45

Los conectores RJ45 que se conectan a una red Ethernet deben tener en cuenta varias consideraciones técnicas durante el diseño. A nivel de placa, el objetivo es reducir la EMI, preservar el aislamiento de la señal eléctrica y mantener la integridad de la señal. Sin entrar demasiado en los detalles del diseño del circuito, es importante prestar mucha atención a la longitud y posición de las trazas en la placa. También hay que tener en cuenta la ubicación física de los conectores en la placa de circuito impreso.

En cuanto a los imanes, hay que tenerlos en cuenta si se añade Ethernet por cable a un diseño, ya que están incluidos en la especificación de Ethernet para redes 10/100/1000 Base-T. Los imanes son componentes bobinados (como los transformadores) que proporcionan apantallamiento EMI, protegen contra fallos y transitorios, y ofrecen aislamiento eléctrico y equilibrio de la señal. Deben aislarse y mantenerse lo más cerca posible de los conectores RJ45.

Hay dos opciones para añadir imanes a un diseño. La primera opción es seleccionar un conector RJ45 con imanes integrados en la carcasa. Los conectores magnéticos RJ45 ofrecen las ventajas de un mejor apantallamiento EMI y conexiones más fiables. La segunda opción es añadir un módulo magnético a la placa de circuito impreso entre el chip PHY (implementación de Ethernet) y el conector RJ45 normal. Los módulos magnéticos suelen ser más baratos que los conectores integrados y ofrecen una mejor protección contra las descargas electrostáticas (ESD). Ambas opciones tienen ventajas e inconvenientes que habrá que sopesar en función del diseño global del sistema.

Conclusión:

Al igual que otros conectores modulares, los conectores RJ45 ofrecen un diseño sencillo, una instalación rápida y fácil, una amplia gama de productos y accesibilidad para el usuario. Han sido aceptados en todo el mundo para aplicaciones de red en el hogar y en la oficina y están encontrando una creciente aceptación en la planta de producción y en entornos difíciles.

Same Sky ofrece una amplia gama de conectores RJ45 con una gran variedad de opciones, como magnetismo integrado, PoE, indicadores LED, etc.