Det grundlæggende om HDMI-stik

Enheder, der genererer både video- og lydudgang, har mulighed for enten at vise det på en indbygget skærm eller overføre signalet til en ekstern monitor eller skærm. For at opnå det sidste kræves der et kabelsystem med integrerede stik.

Denne artikel skitserer udviklingen af interconnect-teknologi gennem flere år (figur 1). Det begynder med introduktionen af Composite RCA-standarden til fjernsyn i 1956, fortsætter med indførelsen af S-Video til videobåndoptagere og hjemmecomputere i 1979 og omfatter VGA til IBM-pc'er i 1987. Derefter udviklede det sig til Component RCA og DVI i løbet af 1990'erne. Bortset fra DVI brugte disse standarder primært analoge kabelforbindelser, der muliggjorde overførsel af enten lyd- eller videosignaler individuelt. I bund og grund var det nødvendigt med flere kabler for at sikre driftskompatibilitet.

Figur 1: Udviklingen af audio- og videostik gennem historien (Billedkilde: Same Sky)

DVI gjorde fremskridt på området ved at introducere understøttelse af digital video. Brugere, der ønskede at overføre både lyd og video samtidigt, var dog stadig nødt til at bruge op til fem separate kabler. Gennembruddet kom med fremkomsten af High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0) standarden i 2002, som konsoliderede disse mange kabler til ét.

Denne udvikling har gjort HDMI til et af de mest udbredte formater til overførsel af audio-video-signaler i både hjemmet og på arbejdspladsen i dag. Denne artikel vil se nærmere på den fortsatte udvikling af HDMI-standarder, stiktyper, funktioner og meget mere.

Oversigt over HDMI-standarder

Siden starten i 2002 har den oprindelige HDMI-standard gennemgået et dusin opdateringer, der hver især har givet forbedringer som hurtigere hastighed, øget båndbredde, forbedret opløsning, understøttelse af nye udsendelsesformater og flere stikstørrelser.

HDMI 1.0 blev oprindeligt udviklet af HDMI Forum med det formål at strømline mængden af kabler, der kræves til lyd- og videotransmission, og samtidig forbedre funktionaliteten. Denne specifikation beskrev de grundlæggende funktioner i et enkelt kabel, digitalt audio- og videostik-interfacesystem. Med tiden har HDMI-teknologien udviklet sig til den primære digitale grænseflade, der problemfrit forbinder ultra-high-definition-skærme med et utal af forbrugerelektronik, pc'er, mobile enheder, biler, kommercielt AV-udstyr og meget mere.

Den seneste udgave af standarden, HDMI 2.1, blev introduceret i november 2017 og understøtter en række højere videoopløsninger og opdateringshastigheder, der når op til 10K. Derudover understøtter den HDR-formater (High Dynamic Range) og kan prale af en båndbredde på op til 48 Gbps. På trods af disse fremskridt er selve det fysiske stik uændret.

Tabel 1: HDMI-standardernes udvikling og specifikationer (Billedkilde: Same Sky)

Almindelige forbindelsestyper

Et HDMI-kabel består af flere afskærmede snoede ledningspar, der er ansvarlige for at overføre videosignalet, sammen med individuelle ledere til strøm, jord og yderligere kommunikationskanaler til enheder med lavere hastighed. HDMI-stik bruges til at afslutte kablet og etablere forbindelser med de enheder, der bruges. Disse stik har en trapezformet form med fordybninger i to hjørner for at lette præcis justering under isætning og har en vis lighed med USB-stik. HDMI-standarden omfatter fem forskellige stiktyper (figur 2):

• Type A (standard): Dette stik er udstyret med 19 ben og tre differentialpar og måler 13,9 mm x 4,45 mm, hvor hunversionen er lidt større. Den kan prale af elektrisk bagudkompatibilitet med DVI-D.
• Type B (dobbelt link): Dette stik har 29 ben og seks differentialpar og måler 21,2 mm x 4,45 mm. Det er beregnet til brug med skærme med meget høj opløsning, men er aldrig blevet brugt i produkter på grund af dets størrelse. Det opretholder også elektrisk bagudkompatibilitet med DVI-D.
• Type C (Mini): Mindre i størrelse sammenlignet med Type A (Standard), måler 10,42 mm x 2,42 mm, men har samme funktionalitet og 19-pin konfiguration. Det er designet til bærbare enheder.
• Type D (mikro): Kompakt i størrelse, måler 5,83 mm x 2,20 mm og har 19 ben. Det har ligheder med micro-USB-stik og er skræddersyet til små bærbare enheder.
• Type E (automotive): Udviklet med en låsetap, der forhindrer vibrationsbetinget frakobling, og en skal, der modstår fugt og snavs. Det er beregnet til automotive applikationer, men der findes også en relæversion, som gør det nemmere at forbinde den med A/V-produkter til forbrugere.

Alle disse konnektortyper fås i både han- og hunversioner, hvilket giver fleksibilitet til forskellige tilslutningsbehov. De kan være lige eller retvinklede, med enten vandret eller lodret retning. Hunstik er typisk integreret i både kilde- og modtagerenhederne. Derudover er adaptere og koblinger let tilgængelige for at imødekomme forskellige forbindelseskonfigurationer. Til applikationer i krævende miljøer fås også robuste stikversioner, der sikrer holdbarhed og pålidelighed under barske forhold.

Figur 2: HDMI-stiktyper (Billedkilde: Same Sky)

Konfigurationer af HDMI-stik

Bortset fra type B indeholder de forskellige HDMI-stiktyper alle 19 ben. Benkonfigurationen for de signaler, de formidler, varierer dog fra type til type. Derfor er der bagudkompatibilitet inden for en bestemt type. Det er dog vigtigt at udvise forsigtighed under kabeldesign eller montering for at sikre, at de korrekte bennumre bruges til forskellige signaler. Da stik af forskellige typer ikke kan krydse hinanden, opstår der ikke problemer med krydsforbindelser.

Figur 3 nedenfor illustrerer en typisk type A benkonfiguration. De enkelte ben har kapacitet til at bære datasignaler, clocksignaler, lavspændingsstrøm, styresignaler, CEC eller HEC.

Figur 3: HDMI-benkonfiguration (Billedkilde: Same Sky)

Almindelige kabeltyper

HDMI-kabler tilbydes i forskellige typer, herunder:

• HDMI kategori 1 - kabler med standardhastighed:
  • Standard (kategori 1): Grundlæggende HDMI-kabel
  • Standard med Ethernet (kategori 1): Identisk med standardkablet, men indeholder en Ethernet-kanal.
  • Standard til automotive applikationer (kategori 1): Opfylder de grundlæggende kabelkrav, men er skræddersyet til bilindustrien.
• HDMI kategori 2 - højhastighedskabler:
  • Høj hastighed (kategori 2): Anvendes til at transmittere videosignaler med højere opløsning.
  • Højhastighed med Ethernet (kategori 2): Svarer til højhastighedskabler, men er udstyret med Ethernet-kapacitet.

Overvejelser om det endelige design

I et PCB-layout, der involverer HDMI-enheder, er det vigtigt at overveje nøje, hvordan man mindsker krydstale og opretholder signalintegriteten. Man skal også være opmærksom på design, der anvender snoede ledningspar. Kabler med snoede par kan opleve signaltab, især over afstande på op til 15 meter på grund af dæmpning. For at udvide denne rækkevidde kan man bruge HDMI-forlængere, der muliggør afstande på op til 300 fod.

Desuden er HDMI-teknologien ikke ideel til at drive flere enheder samtidig. Den mangler evnen til at overføre flere signaler til separate enheder og kan ikke samtidig overføre surround- og stereolydsignaler.

Konklusion

HDMI-forbindelsesteknologi er en fremragende løsning til at strømline kabelrod og forenkle systemer, samtidig med at der er plads til lyd- og videosignaler i høj kvalitet og med høj båndbredde. Udviklingen inden for standarden har muliggjort forbedringer i dataoverførselshastighed, båndbredde og integration af vigtige funktioner som Ethernet. De stik og kabler, der udgør dette system, er udbredt inden for forskellige områder, herunder hjemmeunderholdning, kommunikation på arbejdspladsen og kommercielle og industrielle sektorer. Same Sky har et udvalg af HDMI-stik, der kan hjælpe ingeniører med at designe AV-signaler.