Piense en un puerto Ethernet y es seguro que se le viene a la mente el conector modular de tipo RJ-45 de plug y de jack. La interfaz ha dominado el mercado de las telecomunicaciones desde que se conceptualizó la idea de cableado estructurado de telecomunicaciones. Y antes de eso, una versión de 2 pares del conector apareció en cada auricular de teléfono vendido desde finales de los años 60’s. No hay duda de que la interfaz de tipo RJ-45 de los plug y de los jack es omnipresente, pero con velocidades de transmisión de datos acercándose a los 10 Gb/s, estos componentes están comenzando a ser obsoletos. Además, en lugar de reconocer una oportunidad de innovación, la mayoría de los fabricantes se esfuerzan por superar las deficiencias eléctricas y mecánicas inherentes a la alta frecuencia del plug modular de tipo RJ-45 terminado manualmente al continuar haciendo ajustes a los jacks modulares existentes con circuitos de compensación arcaicos que dependen de diseños de carcasa y de contacto obsoletos.

En una era revolucionaria, Siemon ha revisado completamente la funcionalidad interna del conector modular tipo RJ-45 plug and outlet. Las técnicas recientemente patentadas y de patente pendiente prácticamente eliminan la variabilidad de terminación plug and outlet, optimizan el rendimiento acoplado y prescriben el uso de circuitos completos y enfocados de compensación correctiva que resultan en un sistema de conexiones que exhibe una altura de transmisión y fiabilidad mecánica sin precedentes. Estas mejoras revolucionarias se incorporan a la nueva familia Z-MAX de Siemon de hardware de conexión de categoría 6A y soluciones de parcheo.

Los conectores modulares de tipo RJ-45 de hoy en día tienen la tarea de ofrecer capacidad de alto rendimiento y operar en condiciones que eran imprevistas hace sólo 5 años. En particular, se espera que la interfaz exhiba niveles extraordinariamente bajos de interferencia interna (par a par) y externa (ajena) hasta 500 MHz, que soporte hasta 600 mA de corriente aplicada por par para Power over Ethernet Plus, que mantenga conexiones fiables y robustas a través de una amplia gama de condiciones ambientales, así como estar construida de materiales ecológicos. Cuando se enfrentan al reto de diseñar un conector de categoría 6A de próxima generación que supere estos resultados, los ingenieros de Siemon coincidieron en que era hora de realizar una revisión general del conector modular tipo RJ plug and jack.

Siemon identificó las siguientes áreas críticas como oportunidades para mejorar el diseño:

Los cables de par trenzado se basan en una geometría de par precisa para garantizar un rendimiento de transmisión adecuado. Por su naturaleza, el proceso de terminación de cable a plug modular perturba esta geometría de pares e introduce una variabilidad sustancial en el conjunto del plug terminado. Además, los esquemas de cableado de 4 pares de T568A y T568B usados en la transmisión de datos especifican que el par terminado en los pines 3 y 6 sea sin retorcer y separarlos alrededor del par terminado en los pines 4 y 5 (ver figura 1). Esta práctica de cableado crea una fuente significativa de acoplamiento de diafonía dentro del plug modular. El par terminado en los pines 3 y 6 se denomina comúnmente el “par dividido”.

Además, el hecho de que la orientación de los pares de cables tenga una colocación a mano derecha o a mano izquierda dependiendo del extremo del cable que se está trabajando (ver figura 2) es a menudo ignorada. Para acomodar la orientación de pares de “imagen especular“, se cruza un par diferente para conseguir la paridad de conexiones de pin/par en cada extremo del cable. Como resultado, es virtualmente imposible lograr consistencia de rendimiento entre terminaciones en cada extremo del cable usando el mismo diseño de plug.

Algunos han llamado el proceso de terminación del plug modular un arte. Probablemente, esto es porque el proceso depende de las habilidades de un operador que es extremadamente capaz de minimizar la perturbación del par y destorcer cuando se preparan los pares para la terminación. Puede tomar una cantidad de tiempo sustancial para entrenar a un operador para terminar adecuadamente un cable modular. Aun así, los cables de parche terminados deben ser probados al 100% para asegurar una construcción adecuada. Reconociendo la dependencia del rendimiento de la transmisión en la calidad y consistencia de las terminaciones del plug, los fabricantes de cableado dejaron de proporcionar cobertura de garantía para la categoría 5e y para los patch cord fabricados en campo superior. Sin controles de proceso estrictos en la fabricación y en pruebas, no hay manera de garantizar el rendimiento.

Dado que el plug modular y su terminación al cable es tan crítico para el rendimiento acoplado, era un punto central de enfoque en el diseño de Z-MAX. Los ingenieros de Siemon revisaron la tecnología del plug modular existente para crear un plug Z-MAX que:

Para lograr estos objetivos, Siemon emplea tecnología patentada y de patente pendiente de Placas de Circuitos Impresos (PCB) ubicada estratégicamente dentro del cuerpo del plug modular Z-MAX (ver figura 3). Para eliminar la variabilidad asociada con el proceso típico de terminación del plug, se utilizan diferentes diseños de PCB para alinearse con la secuencia de cables y la secuencia de colores de par en cada extremo del cable. Este diseño optimiza el rendimiento y preserva la integridad de los pares como las cuatro unidades coherentes hasta el punto de terminación sin pares no trenzados o cruce de un par sobre otro. Cada cable (cord) se termina con dos plugs únicos, que tienen un diseño de circuito distinto y esquema de conexión diseñado para ofrecer un rendimiento consistente y garantizar la compatibilidad total e interoperabilidad conforme a todas las salidas modulares IEC y TIA.

Con el fin de calificar el rendimiento de la conexión de hardware, tanto TIA como IEC especifican rangos aceptables de paradiafonía (Near-end crosstalk “NEXT loss”), telediafonía (Far-end crosstalk “FEXT loss”) y pérdida de retorno (return loss) para el plug. Los rangos se especifican de tal manera que sucesivamente las categorías superiores de plugs de prueba caen dentro de un subensamble de las categorías inferiores. Este enfoque soporta la compatibilidad con versiones anteriores (por ejemplo, un plug de categoría 5e conectado a un conector de categoría 6 proporcionará un rendimiento igual al de la categoría 5e) e interoperabilidad entre fabricantes.

Figura 4: Distribución Estándar del Plug NEXT Loss

Los circuitos de compensación son un elemento crítico en el diseño de todas las salidas modulares de categoría 5e y superior. Su función es aplicar elementos reactivos (es decir, capacitivos e inductivos) para contrarrestar la interferencia que es inherente a la interfaz del plug y de la salida para cumplir con los límites de rendimiento especificados. Históricamente, los circuitos de compensación de salida RJ-45 han sido diseñados para compensar un rango tan grande de rendimiento del plug terminado como sea posible. Este enfoque da como resultado una respuesta acoplada relativamente plana, puesto que los plugs de diafonía bajos tienden a ser compensados en exceso por los circuitos de salida y los plugs de diafonía alta tienden a ser compensados de manera insuficiente. Estos diseños de salida típicos proporcionan un rendimiento acoplado mínimamente compatible con un margen de desempeño muy pequeño como se representa por la curva azul de la distribución estándar del perfil de pérdida NEXT del plug mostrado en la figura 4.

El diseño “circuit-in-plug” Z-MAX con patente pendiente ofrece un rendimiento controlado de forma precisa y consistente. Los ingenieros de Siemon optimizaron el plug Z-MAX para funcionar en el “punto óptimo” del rango de plugs de prueba, donde el desempeño de salida acoplado proporciona un espacio libre sustancial a los límites especificados por estándares como el representado por la curva verde de la distribución estándar del perfil de pérdida NEXT del plug que se muestra en la figura 4.

El espacio libre provisto por el plug modular Z-MAX y la solución de salida es altamente deseable porque ayuda a asegurar que todo el sistema de cableado se realice de forma fiable y robusta a lo largo de su ciclo de vida. El espacio libre es especialmente beneficioso cuando la planta de cableado se somete a cambios frecuentes y permite que el cableado sea más tolerante con las variables asociadas con las instalaciones de cableado de la vida real. En las redes que tienen cientos o miles de drops instaladas, incluso un bajo porcentaje de enlaces con resultados de pruebas marginales puede tardar cientos de horas y costar miles de dólares para resolverlo.

Como evidencia adicional del desempeño de precisión del innovador diseño de cable “circuit in plug”, es interesante observar que los probadores de campo emplean esta tecnología en sus cables de adaptador de enlace permanente. Además, los métodos de prueba de hardware de conexión TIA e IEC también especifican el uso de circuitos impresos en la construcción del plug de prueba para asegurar la repetibilidad de la medición y la reproducibilidad en el laboratorio.

Las salidas modulares se conectan a cables de par trenzado utilizando contactos de desplazamiento de aislamiento (IDC’s). Los IDC’s son conexiones robustas y herméticas al gas que pueden soportar múltiples re-terminaciones. Estos puntos de terminación de cable también pueden ser una fuente de variabilidad ya que su disposición a menudo requiere que el instalador divida y/o cruce pares, lo que introduce una diafonía no deseada y no controlada. Esta variabilidad puede afectar de manera adversa el rendimiento de la salida de la misma manera que las terminaciones de los cables al plug modular.

Los ingenieros Siemon diseñaron el campo de terminación IDC Z-MAX para asegurar la integridad de los pares trenzados hasta el punto de terminación, al tiempo que eliminan la necesidad de tener pares cruzados entre sí en cada extremo del cable. El módulo de terminación “Z-MAX Zero-Cross” minimiza las perturbaciones de la geometría del par de cables al soportar una configuración de lazada lineal (ver la figura 5). Dentro de la salida, los contactos IDC están dispuestos con precisión en una orientación que maximiza la separación de los pares entre salidas adyacentes y reduce la interferencia (ver la figura 6). Estos atributos aseguran que las características eléctricas de las terminaciones IDC permanecen consistentes de salida a salida, maximizando así la eficacia de la circuitería de compensación Z-MAX.

El papel de los circuitos de compensación es compensar la diafonía que es inherente a la interfaz acoplada plug-jack y las conexiones al cable. Los ingenieros han desarrollado modelos que demuestran que la diafonía no deseada se introduce en un conector debido a la adición de capacitancia e inductancia resultante de discontinuidades de transmisión. En teoría, la diafonía se puede cancelar añadiendo capacitancia e inductancia de igual magnitud y fase opuesta al circuito. Esta técnica se denomina “equilibrio reactivo”. Sin embargo, en la práctica la implementación del equilibrio reactivo es extremadamente difícil porque:

La nueva construcción del plug modular Z-MAX y salida IDC de Siemon elimina efectivamente el impacto de la variabilidad de terminación del diseño de compensación correctiva. Con un rendimiento de plug e IDC estable y repetible, los ingenieros de Siemon pudieron desarrollar un sofisticado modelo de transmisión de elementos finitos como base para desarrollar un circuito de compensación de alta precisión. La magnitud y el tipo de elementos reactivos tienen en cuenta las características del conector en cada lado del circuito, así como el desplazamiento de tiempo asociado con su posición en el conector. Se utilizaron modelos computacionales para optimizar la forma y la posición de estos elementos para tener en cuenta las interacciones bidireccionales de los 8 circuitos (cuatro pares) y el blindaje. Siemon aplicó entonces una tecnología de circuito patentada y pendiente de patente para incorporar estos elementos a la salida Z-MAX.

Un examen minucioso de los circuitos sofisticados en la salida Z-MAX revela una variedad de técnicas nuevas e innovadoras para incorporar elementos reactivos y retardo de fase (ver figura 7). Las estrategias patentadas para manipular magnitudes y fases en los circuitos de compensación incluyen un control preciso de parámetros de las pistas del PCB tales como longitud, anchura y grosor. Estos parámetros se optimizan para garantizar que toda la salida Z-MAX tiene reflexiones mínimas y un mayor equilibrio global. Estas estrategias proporcionan un circuito de compensación altamente preciso y repetible, que es esencial para el rendimiento notable entregado por la salida Z-MAX de Siemon. De hecho, el diseño no sólo soporta un espacio libre sustancial del sistema Z-MAX, sino que incluso soporta un mayor margen de rendimiento cuando la salida Z-MAX se acopla a un plug típico de categoría 6A, representado por la curva rosa de la distribución estándar del perfil de pérdida del plug NEXT mostrado en la figura 4.

Mientras que los blindajes proporcionan el aislamiento eficaz de todos los tipos de diafonía electromagnética, incluyendo la diafonía exógena, el cableado UTP y los componentes dependen de estrategias como la separación y el aislamiento, además del balance. La orientación diagonal de los IDC’s proporciona una separación espacial óptima entre los pares en la parte posterior de las salidas ZMAX adyacentes para garantizar específicamente el máximo aislamiento a la diafonía exógena (ver figura 8). Como resultado de la efectividad de este diseño, también se pueden lograr configuraciones de puertos de densidad extremadamente alta (48 puertos en un panel de 1 RmS tanto para UTP como para blindado – ver figura 9).

Mientras que la alta densidad es una consideración clave al diseñar sistemas de cableado, los ingenieros de Siemon también querían asegurarse de que los componentes apilados lateralmente no presentaran el riesgo de conexiones de blindaje inadvertidas entre salidas adyacentes (este es un beneficio particular para los sistemas blindados, ya que hay una garantía completa de que no puede ocurrir un acoplamiento directo de una salida a otra en lugares de montaje que no estén unidos intencionalmente a tierra). Para satisfacer este requisito, se utilizó una asimetría innovadora en la construcción del núcleo y del bisel Z-MAX para asegurar que las salidas blindadas apiladas lateralmente no se toquen entre sí cuando están montadas. Esta función de diseño admite las configuraciones de puerto más densas. Mientras que la separación entre las salidas se controla tan precisamente que es difícil de ver a simple vista, los componentes apilados lateralmente Z-MAX presentan un completo aislamiento de DC entre los blindajes.

Los elementos individuales que componen el plug modular y la salida Z-MAX ofrecen un rendimiento de plug estable y consistente, terminaciones IDC repetibles y con baja diafonía y circuitos de compensación de última tecnología. En las configuraciones de canal y de enlace permanente, la solución Z-MAX proporciona un espacio libre sin precedentes a los requisitos de transmisión de la categoría 6A (ver figura 10). Estos niveles de rendimiento no se podían realizar simplemente ajustando elementos individuales; son el resultado de una revisión completa y precisa de cada componente que comprende un sistema modular plug and jack. El sistema también es capaz de cumplir con los requisitos de rendimiento de clase 6A y clase EA para enlaces y canales de menos de 15 metros de longitud.

Figura 10 : Espacio Garantizado del Canal (1-500 MHz)

Los pines de contacto en el jack modular juegan un papel clave en el rendimiento eléctrico y fiabilidad de la conexión acoplada plug jack. Históricamente, los jacks modulares se han fabricado tomando como primera consideración el costo en lugar del rendimiento. Típicamente, los pines de contacto del jack eran diseñadas para orientar al jack con relación a la PCB y están sujetas a deformación permanente cuando se insertan plugs fuera de especificación (por ejemplo, conductores 6). A menudo se construyen a partir de una aleación de cobre-berilio que tiene propiedades mecánicas favorables, pero no es un material amigable con el medio ambiente (ecológico). Mientras que el jack modular tradicional puede ser simple de fabricar, tiene deficiencias funcionales, tales como la variabilidad en la posición de contacto y el movimiento de contacto excesivo que dan como resultado un funcionamiento eléctrico y acoplado no fiable.

El innovador diseño de los pines de contacto del jack Z-MAX aprovecha las ventajas y beneficios del rendimiento de pistas cortas (short electrical paths) y una geometría de contacto estable y repetible utilizando materiales y procesos de fabricación ecológicos. El primer paso para logar las capacidades de Z-MAX fue identificar un material que proporciona una fuerza normal eficaz y óptima sobre todo el rango de deflexión del contacto, incluyendo plugs fuera de especificación. Dado que la aleación de cobre utilizada exhibe la mejor relación entre el límite de elasticidad y el módulo de elasticidad, que define el rango de trabajo de un contacto de muelle, esta aleación fue seleccionada para asegurar el equilibrio óptimo entre la resistencia de contacto del jack y su durabilidad. Los contactos Z-MAX están diseñados específicamente para procesos ecológicos de recubrimiento selectivo (para controlar las propiedades del contacto en áreas clave, como las zonas de contacto inicial y completamente acopladas) y utilizan conexiones con un pin compatible (comúnmente denominado ajuste a presión “press-fit” u ojo de aguja “eye-of-needle”) a la PCB en lugar de la soldadura para eliminar los materiales peligrosos como la aleación de cobre-berilio y el plomo desde el ensamble de salida.

Utilizando una aleación que se adapte más fácilmente al rango de deflexión de contacto de la salida completa, los ingenieros de Siemon fueron capaces de diseñar contactos capaces de aceptar el rango completo de alturas acoplado al plug modular, además de ser interoperables con los plugs conductores modulares 6 y 8 (ver figura 11). Los contactos Z-MAX son eléctricamente cortos y superan los requisitos de ciclo de vida más exigentes. La resistencia del material también asegura que los contactos no se deformen ni se desvíen fácilmente fuera de posición. Los pines de contacto Z-MAX se colocan con precisión cuando están completamente acoplados al plug para minimizar la diafonía de acoplamiento entre pines adyacentes.

La geometría de contacto de salida que resulta altamente confiable y consistente garantiza que los circuitos de compensación empleados en la salida funcionen óptimamente durante al menos 2500 ciclos de acoplamiento del plug.

Incluso en los entornos más benignos, los contactos plug and jack pueden estar contaminados con desechos líquidos y sólidos. A medida que se conecta un plug modular Z-MAX y una salida, los contactos de cada componente se limpian entre sí en un área que está fuera de la posición de contacto coincidente final. Esta acción de limpieza asegura una conexión limpia y sin contaminar después de cada inserción del enchufe. El diseño del contacto Z-MAX también asegura que el potencial daño de contacto debido a la formación de arcos eléctricos cuando se conecta o desconecta un circuito que transporta energía (por ejemplo, Power over Ethernet y aplicaciones de Power over Ethernet Plus) en la salida modular. Dicho arco está limitado a un área predeterminada fuera de la zona de contacto completamente acoplada.

Un desafío en el desarrollo de un nuevo diseño de hardware de conexión es cómo satisfacer la amplia variedad de necesidades de los clientes con un producto que funciona de forma consistente. Para superar este obstáculo, los ingenieros de Siemon desarrollaron un núcleo de salida Z-MAX completamente funcional (subensamble “kernel”) que se puede usar junto con biseles modulares para adaptarse al rango más amplio de necesidades del cliente. Por ejemplo, las configuraciones flay/angled, y la configuración de salida keystone, así como la codificación de color, se habilitan simplemente mediante el uso del bisel apropiado (ver figura 12). Tenga en cuenta que el subensamble kernel UTP Z-MAX presenta una cubierta dieléctrica moldeada, mientras que el subensamble kernel Z-MAX blindado presenta una cubierta metálica fundida a presión. Este enfoque garantiza que toda la línea de productos se desempeña de manera consistente y que las variaciones del proceso de fabricación se reducen al nivel más bajo posible.

El bisel en sí es una importante innovación de diseño Z-MAX con una versión híbrida capaz de montarse tanto en plano como en ángulo en un panel estándar o una abertura de la placa frontal (ver figura 13). La codificación del color se proporciona tanto para las salidas blindadas como las salidas UTP a través de opciones de color del bisel y provisiones separadas del icono impreso. El diseño compacto del núcleo (kernel) y del bisel permite que la salida pase a través de la abertura del panel o de la placa frontal para el montaje delantero o trasero. Todas las características del seguro del panel son independientes, lo que significa que no requieren pestañas de icono o puertas para asegurar la salida al panel. Incluso el icono de color ha sido rediseñado para ser altamente visible, fácil de usar y reciclable.

En el campo, tiempos de terminación más rápidos se traducen en ahorros de costos y en una infraestructura de red que puede estar disponible más pronto y con menos problemas. Basándose en las opiniones de cientos de instaladores, Siemon reconoció la necesidad de ofrecer los tiempos de terminación “mejores en su clase” con la salida Z-MAX. Mientras que muchas de las características de Z-MAX que mantienen la simetría de pares y eliminan pares divididos y cruzados mejoran de forma inherente el tiempo de terminación, Siemon enfocó la reducción del tiempo de terminación de una salida Z-MAX a 1 minuto. Para lograr este objetivo, la salida Z-MAX utiliza un flujo de trabajo optimizado que incluye una preparación de cables rápida y repetible; alivio de la tensión del cable y visualización de la pantalla terminada en un paso; lineal, de un solo eje de lazada; y el nuevo dispositivo de terminación Z-TOOL (ver figura 14). El tiempo de terminación Z-MAX resultante, incluida la preparación del cable, se ha reducido a tan sólo 55 segundos para las salidas UTP y 60 segundos para las salidas blindadas.

La nueva solución Z-MAX UTP y blindada de Siemon es la culminación de una renovación total y muy necesaria de la tecnología existente de plug and outlet modular tipo RJ y revoluciona completamente la industria de la categoría 6A. Ninguna otra solución de hardware de conexión puede afirmar tener las siguientes características: