韓塞北

(1.長春師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長春 130032；2.吉林省射頻識別與傳輸科技創(chuàng)新中心(工程技術(shù)研究中心)，吉林長春 130032)

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可重復(fù)使用的RJ45連接器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓塞北1,2

(1.長春師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長春 130032；2.吉林省射頻識別與傳輸科技創(chuàng)新中心(工程技術(shù)研究中心)，吉林長春 130032)

可重復(fù)使用的RJ45連接器俗稱網(wǎng)絡(luò)水晶頭，可解決大量網(wǎng)絡(luò)水晶頭的網(wǎng)絡(luò)升級換代中的浪費(fèi)問題，使非專業(yè)人士在任何地點(diǎn)不使用專業(yè)的壓制工具即可進(jìn)行制作網(wǎng)線，增加了其實(shí)用性、方便性?？芍貜?fù)使用的RJ45連接器，以IEEE 802.3為標(biāo)準(zhǔn)，遵循了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)水晶頭模式，采用8芯制成，通過電路與水晶頭外面的兩側(cè)卡槽一一對應(yīng)連通。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線在外部進(jìn)行卡線、達(dá)到可重復(fù)使用的目的。

RJ45；連接器；重復(fù)使用；IEEE 802.3

現(xiàn)用的網(wǎng)絡(luò)線纜與網(wǎng)絡(luò)終端的連接是遵循國際規(guī)范RJ45接口規(guī)范，以便插在集線器(Hub)、網(wǎng)卡(NIC)、交換機(jī)(Switch)及電腦上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。這就是我們平常所用的網(wǎng)絡(luò)“水晶頭”，用于雙絞線兩端制作插頭，以便插在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的RJ45接口上。RJ45連接器是利用一個(gè)小的排線管，方便排線與端接，排線管用于保證不大于半英尺的線纜絞距。日常在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)候經(jīng)常會(huì)碰到由于電腦位置的變換，所使用的網(wǎng)線長短不夠或者水晶頭內(nèi)的某條網(wǎng)線斷裂導(dǎo)致不能正常上網(wǎng)，在這些情況下一般都是重新制作網(wǎng)線或換掉水晶頭。這樣撤下的網(wǎng)線及換掉得水晶頭就只能廢棄，造成極大的浪費(fèi)。如果研制成功一種能夠重復(fù)使用的水晶頭，可能在很大程度上既能省時(shí)、省力，又能節(jié)約材料。

當(dāng)前隨著網(wǎng)絡(luò)信息的快速發(fā)展，全國各地的企事業(yè)單位也再不斷地對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級、改造。在此過程中將會(huì)產(chǎn)生大量廢棄的網(wǎng)絡(luò)水晶頭，由于這種水晶頭是一次性的，如果不能在新改造的網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)使用，以后會(huì)再次產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)。本文設(shè)計(jì)一款能夠重復(fù)多次使用的水晶頭，以國際信息插座連接處的物理尺寸IEC(60)603-7為標(biāo)準(zhǔn)，遵循IEEE 802.3局域網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，仍使用由國際性的接插件標(biāo)準(zhǔn)定義的8針的模塊化，建立新的水晶頭模型[1]。把現(xiàn)有的RJ45水晶頭8個(gè)金屬觸點(diǎn)端子通過電路其連接點(diǎn)引到水晶頭外側(cè)，在水晶頭外部通過特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，擺脫現(xiàn)在需使用特殊鉗子壓制水晶頭的現(xiàn)狀，達(dá)到快速、便捷地完成網(wǎng)絡(luò)連接線制作的目的，并可重復(fù)使用不影響數(shù)據(jù)傳輸性能。

1 傳統(tǒng)RJ45連接器概況

傳統(tǒng)RJ45連接器(水晶頭)是一種只能插在RJ45接口上的并帶有防止脫落的一種塑料接頭，圖1為RJ45連接器(水晶頭)的截面示意圖，從左到右的引腳順序分別為1～8。但有些用戶在制作網(wǎng)絡(luò)雙絞線過程中經(jīng)常出現(xiàn)一種錯(cuò)誤：采用一一對應(yīng)的連接方式(圖2)，這種制作雙絞線的方式在線纜距離較短時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸不會(huì)出現(xiàn)連接上的故障，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線纜距離較長、網(wǎng)絡(luò)繁忙或傳輸數(shù)據(jù)量大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障，造成不能正常進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)鏈接。我們應(yīng)該按T568B接線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)水晶頭的制作(圖3)。

圖1 RJ45連接器截面圖 圖2 RJ45連接器一一對應(yīng)線序圖 圖3 RJ45 T568B連接器線序圖

連接網(wǎng)線的水晶頭雖然小但其作用卻不容忽視，但如果沒有它或制作不規(guī)范都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生，使得數(shù)據(jù)無法傳輸。同時(shí)，水晶頭質(zhì)量的好壞也將直接影響著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，傳統(tǒng)水晶頭由于生產(chǎn)廠家不同，有檔次之分，質(zhì)量也是參差不齊。一方面，水晶頭的質(zhì)量差別體現(xiàn)在它的接觸探針是否為鍍銅，非鍍銅的水晶頭容易生銹，造成接觸不良、網(wǎng)絡(luò)不暢的現(xiàn)象；另一方面，水晶頭的質(zhì)量差別也體現(xiàn)在塑料扣位是否緊實(shí)，如果拉扣不緊或者變形也會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)故障。用戶為了保證上網(wǎng)質(zhì)量經(jīng)常會(huì)購買價(jià)格昂貴的國內(nèi)外知名品牌的水晶頭，這樣不僅增加了上網(wǎng)的成本，而且當(dāng)發(fā)生質(zhì)量問題無法使用時(shí)也造成了材料的浪費(fèi)[2]。因此，可重復(fù)使用RJ45連接器一直是網(wǎng)絡(luò)用戶、網(wǎng)絡(luò)耗材研發(fā)者追求的理想目標(biāo)。

2 可重復(fù)使用RJ45連接器設(shè)計(jì)理念

圖4 整體設(shè)計(jì)原理圖

其設(shè)計(jì)理念：把現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)水晶頭和RJ45模塊相結(jié)合設(shè)計(jì)成為一個(gè)整體，改造模塊的電路，使其能把水晶頭的內(nèi)部金屬觸點(diǎn)相應(yīng)的引腳線引出來，從外面進(jìn)行卡線操作如圖4所示。其中，前部1～8線序號分別是：1-橙白、2-橙、3-綠白、4-藍(lán)色、5-藍(lán)白、6-綠色、7-棕白、8-棕色，即是上文所說的T568B標(biāo)準(zhǔn)。各個(gè)引腳定義如表1所示。

表1 引腳定義

3 可重復(fù)使用的RJ45連接器電路設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在以市場常見的RJ45模塊電路為基礎(chǔ)，進(jìn)行改造優(yōu)化以保障信號傳輸性能。電路采用2層設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了信號傳輸過程中的抗干擾性能。電路把引腳延長建立一個(gè)通道，能夠直接和水晶頭內(nèi)部的8個(gè)金屬觸點(diǎn)端子相連接，并能夠保證直接插入RJ45網(wǎng)卡接口內(nèi)，并能和RJ45網(wǎng)卡內(nèi)的引腳接觸，外部卡線槽可從電路過孔處建立垂直的連接通道如圖5所示?？芍貜?fù)使用的RJ45連接器內(nèi)部電路連線遵循了T568A和T568B接線標(biāo)準(zhǔn)，這樣在制作使用過程中不改變用戶的使用方式，更方便、快捷(圖6)。

圖5 PCB1示意圖 圖6 PCB2示意圖

可重復(fù)使用的RJ45連接器，遵循了傳統(tǒng)的水晶頭的模式，采用8芯制成，但8個(gè)芯片是集成到內(nèi)部電路上，通過電路與水晶頭外面的兩側(cè)卡槽一一對應(yīng)連通。這樣就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線在外部進(jìn)行卡線，達(dá)到可重復(fù)使用的目的。如圖7中，在應(yīng)用上可重復(fù)使用的RJ45 型插頭和網(wǎng)線有兩種連接方法(線序)，分別為 T568A 線序和 T568B 線序。

圖7 整體外部示意圖

在連接器金屬端子的設(shè)計(jì)中，除了對端子穩(wěn)固性考量外，還需對其串?dāng)_、損耗等方面進(jìn)行考量[3]。端子接觸性應(yīng)可靠，保證信號順暢傳輸；對端子間距，形體設(shè)計(jì)需進(jìn)行電性分析，滿足串?dāng)_、損耗傳輸要求。需考慮如何提升耐電壓等可靠性能。如果端子和PCB為焊接固持，則可能會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)虛焊、短路等質(zhì)量問題，導(dǎo)致不良 PPM很難降低。為改善該問題，RJ45端子和PCB結(jié)合部分采用壓制結(jié)合，并且每個(gè)端子之間都有專用的通道把端子互相隔開，端子與PCB間接觸可靠且易壓入，端子分排式排列可降低串?dāng)_對其傳輸性能的影響。串?dāng)_、損耗測試結(jié)果如表2所示。

表2 損耗串?dāng)_測試

4 性能指標(biāo)及特點(diǎn)

可重復(fù)使用的RJ45連接器支持10兆和100兆自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接速度；電磁設(shè)計(jì)滿足所有物理層的需要；達(dá)到IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)要求；按IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)要求，該連接器具有≧1500Vrms電氣隔離性能；設(shè)計(jì)是基于五類和超五類線纜中以10Mbps、100Mbps速度傳輸[4]；該連接器外部卡線模塊與現(xiàn)有RJ45模塊尺寸一樣，這樣可以有效地減小制板開銷；插頭部分可采用聚碳酸脂(PC材料)，金屬端子芯片可為銅，能夠防止水晶頭金屬端子生銹，保證與插座良好的接觸；外部采用打線式設(shè)計(jì)，打線柱可為銅或銅鍍鎳，可接線徑0.4～0.6mm，穩(wěn)定可靠、快捷；卡接重復(fù)次數(shù)>250次；插拔次數(shù)≥700次[5]。

5 結(jié)語

目前，網(wǎng)絡(luò)水晶頭是一次性的網(wǎng)絡(luò)耗材，被壓制過的水晶頭就不能再使用，每年我國數(shù)以千萬甚至上億個(gè)水晶頭被消耗，雖然現(xiàn)在單個(gè)水晶頭價(jià)錢不是很高，但是在全國各個(gè)企事業(yè)單位每年進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)改造、升級、換代以及日常網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中會(huì)產(chǎn)生大量廢棄的水晶頭，將會(huì)是一個(gè)難以估量的巨大浪費(fèi)。

可重復(fù)使用的RJ45連接器解決了大量網(wǎng)絡(luò)水晶頭的網(wǎng)絡(luò)升級換代中的浪費(fèi)問題，并可以使非專業(yè)人士在任何地點(diǎn)不使用專業(yè)的壓制工具即可進(jìn)行網(wǎng)線制作，增加了其實(shí)用性、方便性?？芍貜?fù)使用的RJ45連接器成本在1～1.5元左右，能重復(fù)利用一次即可和現(xiàn)在一次性網(wǎng)絡(luò)水晶頭的使用成本相當(dāng)[6]。在國家強(qiáng)調(diào)建設(shè)低碳、和諧社會(huì)發(fā)展的大背景下，一種能夠重復(fù)使用的RJ45連接器，在遇到上述情況時(shí)會(huì)減少很大的消耗。目前國內(nèi)外尚未見相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)與研制。預(yù)計(jì)如果該產(chǎn)品能夠投產(chǎn)，在占領(lǐng)國內(nèi)市場方面會(huì)有一定的優(yōu)勢，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。本文設(shè)計(jì)符合當(dāng)前國家的低碳、環(huán)保的發(fā)展要求?？纱罅康販p少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及改造中的浪費(fèi)現(xiàn)象，提高RJ45連接器的重復(fù)利用率。

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Reusable Design and Implementation of a RJ45 Connector

HAN Sai-bei1,2

(1.Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032，China;2.Radio Frequency Identification and Transmission Technology Innovation Center in Jilin Province, (Engineering Technology Research Center), Changchun Jilin 130032, China)

Reusable RJ45 connector commonly known as crystal head solved a large number of network crystal head waste problems in network upgrading, it can make the amateurs use professional tools for cable at any location and increase its usability and convenience. Reusable RJ45 connector, based on the IEEE 802.3 standard and followed the traditional mode of network crystal head, is made of eight core, which through the circuit with crystal card slot one-to-one correspondence connected on both sides of the head outside. It realizes the network cable on the external card line and achieves the purpose of reusable.

RJ45; the connector; repeated use; IEEE 802.3

2015-06-19

吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2013245)。

韓塞北(1979- )，男，內(nèi)蒙古赤峰人，長春師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事電子與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)研究。

TP393

A

2095-7602(2015)10-0030-04