可重复使用的RJ45连接器的设计与实现

韩塞北

(1.长春师范大学网络中心，吉林长春 130032；2.吉林省射频识别与传输科技创新中心(工程技术研究中心)，吉林长春 130032)



可重复使用的RJ45连接器的设计与实现

韩塞北1,2

(1.长春师范大学网络中心，吉林长春 130032；2.吉林省射频识别与传输科技创新中心(工程技术研究中心)，吉林长春 130032)

可重复使用的RJ45连接器俗称网络水晶头，可解决大量网络水晶头的网络升级换代中的浪费问题，使非专业人士在任何地点不使用专业的压制工具即可进行制作网线，增加了其实用性、方便性。可重复使用的RJ45连接器，以IEEE 802.3为标准，遵循了传统的网络水晶头模式，采用8芯制成，通过电路与水晶头外面的两侧卡槽一一对应连通。实现网线在外部进行卡线、达到可重复使用的目的。

RJ45；连接器；重复使用；IEEE 802.3

现用的网络线缆与网络终端的连接是遵循国际规范RJ45接口规范，以便插在集线器(Hub)、网卡(NIC)、交换机(Switch)及电脑上进行网络通信。这就是我们平常所用的网络“水晶头”，用于双绞线两端制作插头，以便插在网络设备的RJ45接口上。RJ45连接器是利用一个小的排线管，方便排线与端接，排线管用于保证不大于半英尺的线缆绞距。日常在维护网络时候经常会碰到由于电脑位置的变换，所使用的网线长短不够或者水晶头内的某条网线断裂导致不能正常上网，在这些情况下一般都是重新制作网线或换掉水晶头。这样撤下的网线及换掉得水晶头就只能废弃，造成极大的浪费。如果研制成功一种能够重复使用的水晶头，可能在很大程度上既能省时、省力，又能节约材料。

当前随着网络信息的快速发展，全国各地的企事业单位也再不断地对现有网络进行升级、改造。在此过程中将会产生大量废弃的网络水晶头，由于这种水晶头是一次性的，如果不能在新改造的网络中继续使用，以后会再次产生巨大的浪费。本文设计一款能够重复多次使用的水晶头，以国际信息插座连接处的物理尺寸IEC(60)603-7为标准，遵循IEEE 802.3局域网协议标准，仍使用由国际性的接插件标准定义的8针的模块化，建立新的水晶头模型[1]。把现有的RJ45水晶头8个金属触点端子通过电路其连接点引到水晶头外侧，在水晶头外部通过特殊结构的设计，摆脱现在需使用特殊钳子压制水晶头的现状，达到快速、便捷地完成网络连接线制作的目的，并可重复使用不影响数据传输性能。

1 传统RJ45连接器概况

传统RJ45连接器(水晶头)是一种只能插在RJ45接口上的并带有防止脱落的一种塑料接头，图1为RJ45连接器(水晶头)的截面示意图，从左到右的引脚顺序分别为1～8。但有些用户在制作网络双绞线过程中经常出现一种错误：采用一一对应的连接方式(图2)，这种制作双绞线的方式在线缆距离较短时，网络传输不会出现连接上的故障，但当网络线缆距离较长、网络繁忙或传输数据量大时就会出现故障，造成不能正常进行网络链接。我们应该按T568B接线标准进行网络水晶头的制作(图3)。

图1 RJ45连接器截面图 图2 RJ45连接器一一对应线序图 图3 RJ45 T568B连接器线序图

连接网线的水晶头虽然小但其作用却不容忽视，但如果没有它或制作不规范都会导致网络故障的发生，使得数据无法传输。同时，水晶头质量的好坏也将直接影响着网络数据传输的质量，传统水晶头由于生产厂家不同，有档次之分，质量也是参差不齐。一方面，水晶头的质量差别体现在它的接触探针是否为镀铜，非镀铜的水晶头容易生锈，造成接触不良、网络不畅的现象；另一方面，水晶头的质量差别也体现在塑料扣位是否紧实，如果拉扣不紧或者变形也会造成网络故障。用户为了保证上网质量经常会购买价格昂贵的国内外知名品牌的水晶头，这样不仅增加了上网的成本，而且当发生质量问题无法使用时也造成了材料的浪费[2]。因此，可重复使用RJ45连接器一直是网络用户、网络耗材研发者追求的理想目标。

2 可重复使用RJ45连接器设计理念

图4 整体设计原理图

其设计理念：把现有的网络水晶头和RJ45模块相结合设计成为一个整体，改造模块的电路，使其能把水晶头的内部金属触点相应的引脚线引出来，从外面进行卡线操作如图4所示。其中，前部1～8线序号分别是：1-橙白、2-橙、3-绿白、4-蓝色、5-蓝白、6-绿色、7-棕白、8-棕色，即是上文所说的T568B标准。各个引脚定义如表1所示。

表1 引脚定义

3 可重复使用的RJ45连接器电路设计

电路设计采用现在以市场常见的RJ45模块电路为基础，进行改造优化以保障信号传输性能。电路采用2层设计，增强了信号传输过程中的抗干扰性能。电路把引脚延长建立一个通道，能够直接和水晶头内部的8个金属触点端子相连接，并能够保证直接插入RJ45网卡接口内，并能和RJ45网卡内的引脚接触，外部卡线槽可从电路过孔处建立垂直的连接通道如图5所示。可重复使用的RJ45连接器内部电路连线遵循了T568A和T568B接线标准，这样在制作使用过程中不改变用户的使用方式，更方便、快捷(图6)。

图5 PCB1示意图 图6 PCB2示意图

可重复使用的RJ45连接器，遵循了传统的水晶头的模式，采用8芯制成，但8个芯片是集成到内部电路上，通过电路与水晶头外面的两侧卡槽一一对应连通。这样就能实现网线在外部进行卡线，达到可重复使用的目的。如图7中，在应用上可重复使用的RJ45 型插头和网线有两种连接方法(线序)，分别为 T568A 线序和 T568B 线序。

图7 整体外部示意图

在连接器金属端子的设计中，除了对端子稳固性考量外，还需对其串扰、损耗等方面进行考量[3]。端子接触性应可靠，保证信号顺畅传输；对端子间距，形体设计需进行电性分析，满足串扰、损耗传输要求。需考虑如何提升耐电压等可靠性能。如果端子和PCB为焊接固持，则可能会经常出现虚焊、短路等质量问题，导致不良 PPM很难降低。为改善该问题，RJ45端子和PCB结合部分采用压制结合，并且每个端子之间都有专用的通道把端子互相隔开，端子与PCB间接触可靠且易压入，端子分排式排列可降低串扰对其传输性能的影响。串扰、损耗测试结果如表2所示。

表2 损耗串扰测试

4 性能指标及特点

可重复使用的RJ45连接器支持10兆和100兆自适应的网络连接速度；电磁设计满足所有物理层的需要；达到IEEE 802.3 标准要求；按IEEE 802.3 标准要求，该连接器具有≧1500Vrms电气隔离性能；设计是基于五类和超五类线缆中以10Mbps、100Mbps速度传输[4]；该连接器外部卡线模块与现有RJ45模块尺寸一样，这样可以有效地减小制板开销；插头部分可采用聚碳酸脂(PC材料)，金属端子芯片可为铜，能够防止水晶头金属端子生锈，保证与插座良好的接触；外部采用打线式设计，打线柱可为铜或铜镀镍，可接线径0.4～0.6mm，稳定可靠、快捷；卡接重复次数>250次；插拔次数≥700次[5]。

5 结语

目前，网络水晶头是一次性的网络耗材，被压制过的水晶头就不能再使用，每年我国数以千万甚至上亿个水晶头被消耗，虽然现在单个水晶头价钱不是很高，但是在全国各个企事业单位每年进行的网络改造、升级、换代以及日常网络维护中会产生大量废弃的水晶头，将会是一个难以估量的巨大浪费。

可重复使用的RJ45连接器解决了大量网络水晶头的网络升级换代中的浪费问题，并可以使非专业人士在任何地点不使用专业的压制工具即可进行网线制作，增加了其实用性、方便性。可重复使用的RJ45连接器成本在1～1.5元左右，能重复利用一次即可和现在一次性网络水晶头的使用成本相当[6]。在国家强调建设低碳、和谐社会发展的大背景下，一种能够重复使用的RJ45连接器，在遇到上述情况时会减少很大的消耗。目前国内外尚未见相关产品的开发与研制。预计如果该产品能够投产，在占领国内市场方面会有一定的优势，能够取得较好的经济效益。本文设计符合当前国家的低碳、环保的发展要求。可大量地减少网络建设及改造中的浪费现象，提高RJ45连接器的重复利用率。

[1]张道宽.高频传输RJ45连接器设计问题思考[J].中小企业管理与科技:上旬刊,2013(9):287-288.

[2]李书常.电连接器选用手册[M].北京:化学工业出版社,2010.

[3]杜志航,杨仲江,李祥超,等.RJ45接口浪涌保护器的设计[J].电磁干扰抑制技术,2009(1):48-51.

[4]JJF 30703-2008,网络线缆测试仪校准规范[S].北京:中国计量出版社,2009.

[5]朱锋,许少云.基于W78E58B单片机控制RTl8019AS的以太网通讯接口设计[J].电子质量,2004(11):66-67,79.

[6]赵迅.浅析计算机网络技术与应用[J].计算机光盘软件与应用,2010(12):60-61.

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

吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(2013245)。

韩塞北(1979- )，男，内蒙古赤峰人，长春师范大学网络中心实验师，硕士，从事电子与通信技术、计算机应用技术及网络应用技术研究。

TP393

A

2095-7602(2015)10-0030-04