Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
IGE-XAO
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym

p.kaczmarek2 11 Sep 2021 09:59 3408 5
  • Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Witajcie moi drodzy.
    Dzisiaj zaglądamy do środka gniazda RJ45, które wbrew pozorom ma w sobie więcej niż tylko obudowa i styki. Rozbiorę tu na części dwa gniazda RJ45 typu magjack (jedno 1000Base-T, gigabitowe, drugie tylko pod 10Base-T, 10 megabitów), przedstawię ich wnętrza, noty katalogowe oraz przykłady ich aplikacji. W temacie odpowiem na pytanie, czy w środku typowego gniazda RJ45 np. z płyty głównej od komputera są jakieś części elektroniczne? W bonusie zajrzymy też do środka transformatora separacyjnego z routera.

    Wnętrze RU1-161A9WGF
    RU1-161A9WGF oferuje jedno gniazdo Ethernet wraz z transformatorkiem i dwa gniazda USB. Używany jest na płytach głównych. Mój też pochodzi z płyty głównej, wylutowywałem z niej masowo elementy i RU1-161A9WGF się nieco przegrzał (stopiona podstawa przy pinach). Można by go wykorzystać, ale uznałem, że lepiej zajrzeć do jego wnętrza.
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Frontową blaszkę można łatwo zdjąć jak tylko się ją podważy:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    W środku widzimy pierwszy element... kondensator 2kV, kod 102 oznacza 1nF, pierwsze dwie cyfry to cyfry znaczące a trzecia to ilość zer (pF).
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Służy on redukcji zakłóceń EMI.
    Przód obudowy też można zdjąć:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Widać tu małe kondensatory oraz osobne transformatorki separacyjne nawinięte na małe okrągłe rdzenie:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Jest ich 12.
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Zajrzyjmy jeszcze pod plastikowe ścianki. Niestety je już musiałem po prostu wyłamać.
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Rozpołowione. Widać pozłacane kontakty (poprawia to przewodnictwo, chroni przed korozją, itp).
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    To tyle zdjęć, teraz pora na rozwiązanie zagadki co w środku tego gniazda jest.
    Najlepszym źródłem informacji jest oczywiście nota katalogowa. Wymiary:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Footprint, niezwykle ważny jak projektujemy płytkę.
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Schemat wewnętrzny. Wyjaśnia rolę transformatorków, kondensatorów, w tym tego 1kV:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Tutaj należy zwrócić uwagę na kilka rzeczy. Przede wszystkim mamy tu separację galwaniczną. Na schemacie zaznaczona jest również metalowa obudowa gniazda, "shield", czyli po prostu ekran chroniący przed zakłóceniami. Nie mogłaby być ta obudowa z plastiku, nie spełniałaby swojej roli ekranowania przed zakłóceniami.
    Dodatkowo tutaj mamy 4 pary sygnałów.
    Nie jest tak jednak zawsze, mogą być tylko używane 2 linie. Zależy to od używanego standardu/kategorii/prędkości transferu. Np. dla Gigabit potrzebne są wszystkie linie, a dla 10/100 tylko dwie. Gigabit (1000Base-T) wykorzystuje wszystkie linie sygnałowe, jednocześnie nadaje i odbiera sygnał na każdej parze, co umożliwia full-duplex w obrębie jednej pary, tzw. dual-duplex. Te gniazdo tutaj jest zgodne z 10/100/1000 Base-T. 10/100/1000 oznacza ilość Mb, T jest od "Twisted" (skrętka).
    Oczywiście są też diody LED, w tym jedna podwójna.

    Wnętrze J00-0051NL
    To może teraz dla kontrastu gniazdo które wykorzystuje tylko dwie pary sygnałów. J00-0051NL z 10Base-T (10 Mb/s):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Teardown; zdejmujemy obudowę:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Tutaj wszystko jest bardziej zintegrowane. Przynajmniej diody LED nie są zatopione w plastiku. Ale elementy indukcyjne są:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    W ramach demonstracji spróbuję dostać się do środka:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Widać transformatorek, rdzenie toroidalne:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Rozważmy jeszcze notę katalogową. Materiał z którego zrobiony jest ekran (obudowa) czy tam kontakty jest w niej dobrze opisany:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Schemat wewnętrzny ukazuje nam różnice względem poprzedniego gniazda. To tutaj ma tylko dwie pary sygnałowe, nie wspiera gigabitowej przepustowości:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    W sam raz dla ENC28J60, on ma warstwę fizyczną tylko 10Base-T (10 Mb/s):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wolne żyły można użyć np. do PoE - Power over Ethernet, czyli puścić nimi zasilanie.

    Różne kombinacje wyprowadzeń
    Warto podkreślić, że różne gniazda 'magjack' mają różne kombinacje wyprowadzeń. Nawet w obrębie jednego producenta.
    Porównajmy schematy poniżej:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Te dwa gniazda nie są 'pin to pin compatible', nie mogłoby jedno zastąpić drugiego na płytce.

    Gniazda bez transformatora
    Oczywiście mamy też zwykłe gniazda RJ45 które nie posiadają wbudowanego transformatora sygnałowego. Czasem taki transformator jest osobno na PCB, na przykład transformator Pulse H1102:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wtedy stosuje się go z gniazdem które ma po prostu tylko wyprowadzone piny, np 555153-1 od Te Connectivity (Tyco):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym

    A jak to wygląda np. w środku routera?
    W środku routera jest podobna sytuacja, chociaż gdy jest wiele portów to stosuje się gniazda podwójne, poczwórne, itp. To tańsze i wygodniejsze rozwiązanie, z transformatorami sygnałowymi podobnie.
    Poniżej zdjęcie z TP-Link TL-WR340G:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Są tu osobne transformatory sygnałowe separujące, a dokładniej dwa ich różne rodzaje.
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Są tylko trzy, ale dwa są podwójne.
    Pojedynczy HST-1025DR:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Turn ratio (czyli stosunek liczby zwojów) jest 1:1, ten transformatorek tylko przenosi sygnał. Zapewnia separację galwaniczną. W tabeli jest nawet parametr Isolation Voltage.
    Schemat wewnętrzny:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Podwójny to HST-2027DR. Jego schemat:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Pora na wnętrze transformatora separacyjnego.
    Niestety jest on wewnątrz zalany tworzywem, ale i tak widać małe rdzenie toroidalne które zazwyczaj tu są stosowane:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym

    A np. taki modem?
    Skoro pokazałem router, to można tez i modem.
    Weźmy na przykład ADSL Acer Surf USB (bo już go na Elektrodzie pokazywałem i mam zdjęcia).
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Co prawda tu jest złącze RJ11 ("telefoniczne"), ale mechanizm jest podobny.
    Osobno mamy gniazdo, a osobno mamy dwa transformatory sygnałowe (jeden od RX, drugi TX).
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Zdejmowanie taśmy:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Po zdjęciu taśmy można zdjąć już połówki rdzenia.
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Połówki rdzenia podpisane są T38, jest to popularny materiał z którego robi się rdzenie. Jego charakterystyka:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Drugie połówki są przyklejone do karkasów. Dość długo gotowałem ten transformatorek i z trudem udało się połówkę odkleić bez jej uszkodzenia:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Odwijamy.
    Jedno uzwojenie, 21 zwojów:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Pasek tasiemki izolujący uzwojenia:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Potem mamy dwa uzwojenia nawinięte razem (też 21 zwojów):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    I potem jeszcze jedno uzwojenie (21 zwojów):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Czyli w zasadzie mamy 8 pinów i 4 uzwojenia po 21 zwojów, z tym że dwa uzwojenia z nich są nawinięte razem, bifilarnie. Nie wiem czemu tak akurat, w tym przypadku sprzężenie magnetyczne między nimi jest nieco lepsze ale też jest większa pojemność. Może te dwa uzwojenia nawinięte razem były zbliżone potencjałami i nie musiały być aż tak dobrze odizolowane jak pozostałe dwa.

    Kilka schematów
    Pora jeszcze zobaczyć jak w praktyce to wszystko wygląda pod kątem elektroniki.
    Przykład 1 - ENC28J60:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Przykład 2 - Arduino W5100 shield:
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Użyte złącze: SI-40138
    Przykład 3 - Raspberry Pi (LAN9512; pierwsza wersja, nowsze nie publikuję pełnego schematu, tylko okrojony):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Użyte złącze: PD-8/095
    Przykład 4 - PIC32 EMZ64 (LAN8710A + PIC32MZ2048EFH064):
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Użyte złącze: RJLBC-060TC1
    Przykład 5 - LAN8742 RMII PHY Customer Evaluation Board
    Wnętrze gniazd RJ45 ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym
    Użyte złącze: J0011D01BNL

    Podsumowanie
    Obejrzeliśmy tu wnętrza kilku złącz Ethernet ze zintegrowanym transformatorem sygnałowym a dodatkowo też przekonaliśmy się, że dodanie komunikacji Ethernet do naszego urządzenia opartego o mikrokontroler wcale nie jest takie trudne. Zasadniczo wystarczy jeden zewnętrzny układ, kilka pasywnych komponentów, omawiany tu magjack i jeszcze tylko odpowiednia obsługa po stronie firmware i komunikacja już gra.
    W ramach uzupełnienia załączam kilka not katalogowych omawianych elementów oraz pełne wersje schematów które przedstawiłem. Znajdziecie tam informacje na temat tego jak "układy od Ethernet" mogą komunikować się z mikrokontrolerem, oraz np. jak powinien wyglądać layout ścieżek płytki (plik 'layout guidelines').
    Załączam też źródła Eagle dla EMZ64 (ten projekt jest open source/hardware, więc źródła są dostępne za darmo i można je rozprowadzać legalnie).

    Cool! Ranking DIY
    Do you have a problem with Arduino? Ask question. Visit our forum Arduino.
    About Author
    p.kaczmarek2
    Level 25  
    Offline 
  • IGE-XAO
  • #2
    Ibuprom
    Level 26  
    Bardzo chętnie poczytałbym o działaniu warstwy elektrycznej połaczenia ethernet. Jak przebiega negocjacja prędkości, w jaki sposób wykrywane jest podpięcie kabla, jaka różnica jest w gniazdkach izolowanych galwanicznie i nieizolowanych itp zagadnienia dotyczace sieci ethernet w warstwie 1 - fizycznej.
  • IGE-XAO
  • #3
    krisRaba
    Level 31  
    Bardzo fajny artykuł. Wspominasz w nim też o braku kompatybilności pomiędzy różnymi gniazdami nawet tego samego producenta.. To szczególnie widoczne jest w tych zintegrowanych. W tych prostych, bez komponentów raczej są 2 typy, bo raz piny złącza są z dołu, innym razem z góry (zmienia się kierunek dzyndzla zabezpieczającego, wedle potrzeb). Swojego czasu te zintegrowane to była to dla mnie zmora. Dobrane gniazdo, które było na zaprojektowanym PCB po jakimś czasie "wyszło" i nigdzie nie dało się go dostać. Ok, przecież musi być jakiś zamiennik, nie? No i tu dramat - jak nie inna kolejność sygnałów na pinach, to LEDy raz wyprowadzone przy sygnałach, innym razem przy froncie gniazda, raz w jedną stronę, innym razem obrócone o 90st, czasem rozmieszczenie pinów się zgadza, ale jeden LED spolaryzowany odwrotnie...
    Jeszcze żeby przynajmniej to były jakieś nazwane standardy, że wiesz, że szukasz typu GUCIO czy BOBEK5 i da się to odfiltrować jakoś, ech...
  • #4
    Thorgus
    Level 12  
    Czy można by rozwinąć temat w kolejnym artykule?
  • #6
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    W latach gdy nie było dostępu do rdzeni to często wykorzystywałem te pozyskane właśnie z kart sieciowych do RF.