Noțiuni de bază despre conectorii HDMI

Dispozitivele care generează atât ieșire video, cât și audio au opțiunea de a afișa aceste ieșiri pe un ecran integrat sau de a transmite semnalul către un monitor sau un afișaj extern. Pentru opțiunea din urmă este nevoie de un sistem de cabluri cu conectori integrați.

Această secțiune a articolului prezintă evoluția tehnologiei de interconectare de-a lungul mai multor ani (Figura 1). Acesta începe cu introducerea standardului RCA compozit pentru televizoare în 1956, trece prin adoptarea S-Video pentru videorecordere și computere de uz casnic în 1979 și ajunge la VGA pentru PC-urile IBM din 1987. Ulterior, în anii '90, a trecut la RCA și DVI cu componente. În afară de DVI, aceste standarde foloseau în principal conexiuni prin cablu analogic, permițând transmiterea individuală a semnalelor audio sau video. În esență, era nevoie de mai multe cabluri pentru a asigura compatibilitatea operațională.

Figura 1: Evoluția conectorilor audio și video de-a lungul istoriei (Sursa imaginii: Same Sky)

DVI a progresat în acest domeniu prin introducerea suportului pentru video digital. Totuși, utilizatorii care doreau să transfere simultan atât audio, cât și video trebuiau să recurgă la utilizarea a până la cinci cabluri separate. O descoperire semnificativă a avut loc odată cu apariția standardului High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0) în 2002, care a consolidat aceste cabluri multiple într-unul singur.

Această evoluție a făcut ca HDMI să devină unul dintre cele mai răspândite formate pentru transferul de semnal audio-video, atât la domiciliu, cât și la locul de muncă. Articolul de față va examina mai îndeaproape evoluția continuă a standardelor HDMI, a tipurilor de conectori, a capacităților și multe altele.

Prezentarea generală a standardelor HDMI

De la crearea sa în 2002, standardul HDMI original a suferit numeroase actualizări, fiecare oferind îmbunătățiri precum viteză mai mare, lățime de bandă mai mare, rezoluție îmbunătățită, suport pentru noi formate de difuzare și dimensiuni multiple ale conectorilor.

Dezvoltat inițial de HDMI Forum, HDMI 1.0 a avut ca scop reducerea numărului de cabluri necesare pentru transmisia audio și video, îmbunătățind în același timp funcționalitatea. Această specificație a evidențiat capacitățile fundamentale ale unui sistem de interfață cu un singur cablu, audio digital și conector video. De-a lungul timpului, tehnologia HDMI a evoluat și a devenit principala interfață digitală, conectând fără probleme afișajele de definiție ultra-înaltă cu o multitudine de electronice de consum, PC-uri, dispozitive mobile, automobile, echipamente AV comerciale și nu numai.

Cea mai recentă iterație a standardului, HDMI 2.1, a fost introdusă în noiembrie 2017 și acceptă o serie de rezoluții video și rate de reîmprospătare mai mari, ajungând până la 10K. În plus, acesta include suport pentru formatele High Dynamic Range (HDR) și se mândrește cu capacități pentru lățimea de bandă de până la 48 Gbps. În mod special, în ciuda acestor progrese, conectorul fizic rămâne neschimbat.

Tabelul 1: Evoluția și specificațiile standardelor HDMI (Sursa imaginii: Same Sky)

Tipuri comune de conectori

Un cablu HDMI cuprinde mai multe perechi de fire răsucite ecranate, responsabile pentru transmiterea semnalului video, alături de conductoare individuale pentru alimentare, masă și canale suplimentare de comunicare cu dispozitive de viteză mai mică. Conectorii HDMI sunt folosiți pentru terminarea cablurilor și la stabilirea conexiunilor cu dispozitivele utilizate. Acești conectori au o formă trapezoidală, cu crestături în două colțuri pentru a facilita alinierea precisă în timpul inserției și seamănă într-o oarecare măsură cu conectorii USB. Standardul HDMI cuprinde cinci tipuri distincte de conectori (Figura 2):

• Tipul A (Standard): dotat cu 19 pini și trei perechi diferențiale, acest conector măsoară 13,9 mm x 4,45 mm, iar versiunea mamă este puțin mai mare. Acesta oferă compatibilitate electrică retroactivă cu DVI-D.
• Tipul B (Dual Link): încorporând 29 de pini și șase perechi diferențiale, acest conector măsoară 21,2 mm x 4,45 mm. Este destinat utilizării cu afișaje de rezoluție foarte mare, dar nu a fost niciodată utilizat în produse din cauza dimensiunilor sale. De asemenea, menține compatibilitatea electrică cu DVI-D.
• Tipul C (Mini): mai mic decât tipul A (standard), măsurând 10,42 mm x 2,42 mm, dar cu aceeași funcționalitate și configurație cu 19 pini. Este conceput pentru dispozitive portabile.
• Tipul D (Micro): de dimensiuni compacte, măsurând 5,83 mm x 2,20 mm și având 19 pini. Seamănă cu conectorii micro-USB și este adaptat pentru dispozitivele portabile de mici dimensiuni.
• Tipul E (Auto): conceput cu o lamelă de blocare pentru a preveni deconectarea indusă de vibrații și o carcasă care rezistă la umiditate și murdărie. Destinat aplicațiilor auto, o versiune cu releu este disponibilă pentru a facilita interfațarea cu produsele A/V de consum.

Toate aceste tipuri de conectori sunt disponibile atât în versiune tată, cât și în versiune mamă, oferind flexibilitate pentru diverse cerințe de conectare. Aceștia pot fi drepți sau în unghi drept, cu orientări orizontale sau verticale. Conectorii mamă sunt, de obicei, integrați atât în dispozitivele sursă, cât și în cele de destinație. În plus, adaptoarele și cuploarele sunt ușor accesibile pentru a permite diferite configurații de conectare. Pentru aplicații din medii solicitante, sunt disponibile și versiuni de conectori robuști, care asigură durabilitate și fiabilitate în condiții dificile.

Figura 2: Tipuri de conectori HDMI (Sursa imaginii: Same Sky)

Configurațiile pinilor HDMI

Cu excepția tipului B, toate celelalte tipuri de conectori HDMI au 19 pini. Cu toate acestea, configurația pinilor pentru semnalele pe care le transmit variază de la un tip la altul. În consecință, în cadrul unui anumit tip, există compatibilitate retroactivă. Totuși, este esențial ca proiectarea sau asamblarea cablurilor să fie realizată cu atenție, pentru a avea siguranța că se utilizează numerele corecte de pini pentru diferite semnale. Deoarece conectorii de tipuri diferite nu pot fi interconectați, nu apar probleme de conectare încrucișată.

Figura 3 de mai jos ilustrează o configurație tipică a pinilor tipului A. Pinii individuali au capacitatea de a transporta semnale de date, semnale de ceas, alimentare de joasă tensiune, semnale de control, CEC sau HEC.

Figura 3: Configurația pinilor HDMI (Sursa imaginii: Same Sky)

Tipuri comune de cabluri

Cablurile HDMI sunt disponibile în diferite tipuri, inclusiv:

• HDMI Categoria 1 – Cabluri de viteză standard:
  • Standard (Categoria 1): cablu HDMI de bază
  • Standard cu Ethernet (Categoria 1): identic cu cablul standard, dar încorporează un canal Ethernet
  • Standard auto (Categoria 1): îndeplinește cerințele de bază ale cablului, dar este adaptat pentru aplicații auto
• HDMI Categoria 2 – Cabluri de mare viteză:
  • De mare viteză (Categoria 2): se utilizează pentru transmiterea de semnale video de rezoluție mai mare
  • De mare viteză cu Ethernet (Categoria 2): asemănătoare cablurilor de mare viteză, dar echipate cu capacitate Ethernet

Considerente finale privind proiectarea

În cadrul unei configurații PCB care implică dispozitive HDMI, este esențial să se acorde atenție deosebită pentru a reduce diafonia și a menține integritatea semnalului. De asemenea, ar trebui să se acorde atenție modelelor care utilizează perechi de fire răsucite. Cablurile care utilizează perechi răsucite pot suferi pierderi de semnal, în special pe distanțe de aproape 15 metri (50 ft), din cauza atenuării. Pentru a extinde această rază de acțiune, se pot utiliza prelungitoare HDMI, care permit distanțe de până la 91 de metri (300 ft).

În plus, tehnologia HDMI nu este ideală pentru acționarea simultană a mai multor dispozitive. Aceasta nu are capacitatea de a transmite mai multe semnale către dispozitive separate și nu poate transmite simultan semnale audio surround și stereo.

Concluzie

Tehnologia de conectare HDMI reprezintă o soluție excelentă pentru eficientizarea aglomerației de cabluri și pentru a simplifica sistemele, găzduind simultan semnale audio și video de înaltă calitate și cu lățime de bandă mare. Evoluția standardului a adus îmbunătățiri pentru viteza de transfer de date, lățimea de bandă și integrarea unor caracteristici importante, cum ar fi Ethernet. Conectorii și cablurile care alcătuiesc acest sistem sunt răspândite în diverse domenii, inclusiv divertismentul la domiciliu, comunicațiile la locul de muncă, precum și în sectoarele comerciale și industriale. Same Sky dispune de o gamă de conectori cu soclu HDMI care îi ajută pe ingineri în nevoile lor de proiectare a semnalelor AV.