HDMI連接器的基礎(chǔ)知識(shí)

作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技術(shù)支持工程師

生成視頻和音頻輸出的設(shè)備可以選擇將其顯示在板載屏幕上或?qū)?a target="_blank">信號(hào)傳輸?shù)酵獠勘O(jiān)視器或顯示器。為了實(shí)現(xiàn)后者，需要具有集成連接器的電纜系統(tǒng)。

本文部分概述了互連技術(shù)多年來(lái)的演變（圖 1）。它始于 1956 年針對(duì)電視引入復(fù)合[RCA]標(biāo)準(zhǔn)，隨后于 1979 年在 VCR 和家用計(jì)算機(jī)中采用 S-Video，并于 1987 年在 IBM PC 中采用 VGA。隨后，在20世紀(jì)90年代。除了 DVI 之外，這些標(biāo)準(zhǔn)主要使用模擬電纜連接，從而能夠單獨(dú)傳輸音頻或視頻信號(hào)。本質(zhì)上，需要多根電纜來(lái)確保操作兼容性。

圖 1：音頻和視頻連接器的歷史發(fā)展（圖片來(lái)源：[CUI Devices]）

DVI 通過(guò)引入數(shù)字視頻支持推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。然而，尋求同時(shí)傳輸音頻和視頻的用戶仍然不得不使用最多五根單獨(dú)的電纜。 2002 年高清多媒體接口 (HDMI 1.0) 標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)帶來(lái)了突破，該標(biāo)準(zhǔn)將多種電纜整合為一根。

這一演變推動(dòng) HDMI 成為當(dāng)今家庭和工作場(chǎng)所中最流行的音頻視頻信號(hào)傳輸格式之一。本文將仔細(xì)研究 HDMI 標(biāo)準(zhǔn)、連接器類型、功能等的持續(xù)發(fā)展。

HDMI 標(biāo)準(zhǔn)概述

自 2002 年推出以來(lái)，最初的 HDMI 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)經(jīng)歷了十幾次更新，每次更新都提供了增強(qiáng)功能，例如更快的速度、增加的帶寬、改進(jìn)的分辨率、支持新的廣播格式和多種連接器尺寸。

HDMI 1.0 最初由 HDMI 論壇開(kāi)發(fā)，旨在簡(jiǎn)化音頻和視頻傳輸所需的混亂電纜，同時(shí)增強(qiáng)功能。該規(guī)范概述了單電纜、數(shù)字音頻和視頻連接器接口系統(tǒng)的基本功能。隨著時(shí)間的推移，HDMI 技術(shù)已發(fā)展成為主要的數(shù)字接口，將超高清顯示器與眾多消費(fèi)電子產(chǎn)品、個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備、汽車、商用 AV 設(shè)備等無(wú)縫連接。

該標(biāo)準(zhǔn)的最新版本 HDMI 2.1 于 2017 年 11 月推出，支持一系列更高的視頻分辨率和刷新率，最高可達(dá) 10K。此外，它還支持高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 格式，并擁有高達(dá) 48 Gbps 的帶寬能力。值得注意的是，盡管有這些進(jìn)步，物理連接器本身仍然保持不變。

| | 一代 | HDMI 1.0 | HDMI 1.3 | HDMI 1.4 | HDMI 2.0 | HDMI 2.1 |
| ---------- | ------------ | ----------- | ----------------- | ------------ | ---------------------------------------- |
| 速度 | 4.5Gbps | 9 Gbps | 9 Gbps | 18Gbps | 48Gbps |
| 新功能 | 1080p | 深色 | 4K 30 FPS 和 3D | 4K 60 FPS | 高達(dá) 10K、動(dòng)態(tài) HDR、以太網(wǎng)、可變刷新率 |
| 初始發(fā)行 | 2002年12月 | 2006年6月 | 2009年5月 | 2013年九月 | 2017年11月 |

表 1：HDMI 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展和規(guī)格（圖片來(lái)源：CUI Devices）

常見(jiàn)連接器類型

HDMI 電纜由多條屏蔽雙絞線組成，負(fù)責(zé)傳輸視頻信號(hào)，以及用于電源、接地和其他低速設(shè)備通信通道的單獨(dú)導(dǎo)體。[HDMI 連接器]用于端接電纜并與正在使用的設(shè)備建立連接。這些連接器呈梯形，兩個(gè)角上有凹痕，以便于插入時(shí)精確對(duì)齊，與 USB 連接器有些相似。 HDMI 標(biāo)準(zhǔn)包含五種不同的連接器類型（圖 2）：

• A 型（標(biāo)準(zhǔn)）： 配備 19 個(gè)引腳和三個(gè)差分對(duì)，該連接器尺寸為 13.9 毫米 x 4.45 毫米，母頭版本稍大。它具有與 DVI-D 的電氣向后兼容性。
• B 型（雙鏈路）： 該連接器包含 29 個(gè)引腳和六個(gè)差分對(duì)，尺寸為 21.2 毫米 x 4.45 毫米。它旨在與非常高分辨率的顯示器一起使用，但由于其尺寸而從未在產(chǎn)品中使用。它還保持與 DVI-D 的電氣向后兼容性。
• C 型（迷你）： 與 A 型（標(biāo)準(zhǔn)）相比，尺寸更小，尺寸為 10.42 毫米 x 2.42 毫米，但具有相同的功能和 19 針配置。它是為便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)的。
• D 型（微型）： 尺寸緊湊，尺寸為 5.83 mm x 2.20 mm，帶有 19 個(gè)引腳。它與微型 USB 連接器有相似之處，專為小型便攜式設(shè)備量身定制。
• E 型（汽車）： 采用鎖定片設(shè)計(jì)，可防止振動(dòng)引起的斷開(kāi)，外殼可防潮和防塵。針對(duì)汽車應(yīng)用，提供繼電器版本以方便與消費(fèi)類 A/V 產(chǎn)品連接。

所有這些連接器類型均提供公頭和母頭版本，可靈活滿足各種連接需求。它們可以是直的或直角的，方向可以是水平的或垂直的。母連接器通常集成到源設(shè)備和接收設(shè)備中。此外，適配器和耦合器易于使用以適應(yīng)不同的連接配置。對(duì)于苛刻環(huán)境中的應(yīng)用，還提供堅(jiān)固耐用的連接器版本，確保惡劣條件下的耐用性和可靠性。

圖 2：HDMI 連接器類型（圖片來(lái)源：CUI Devices）

HDMI 引腳配置

除 B 型外，各種 HDMI 連接器類型均包含 19 針。然而，它們傳送的信號(hào)的引腳配置因類型而異。因此，在特定類型內(nèi)，存在向后兼容性。然而，在電纜設(shè)計(jì)或組裝過(guò)程中必須小心謹(jǐn)慎，以確保不同信號(hào)使用正確的引腳號(hào)。由于不同類型的連接器不能相互插接，因此不會(huì)出現(xiàn)交叉連接問(wèn)題。

下面的圖 3 顯示了典型的 A 型引腳配置。各個(gè)引腳能夠傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、低壓電源、控制信號(hào)、CEC 或 HEC。

圖 3：HDMI 引腳配置（圖片來(lái)源：CUI Devices）

常見(jiàn)電纜類型

HDMI 電纜有多種類型，包括：

• HDMI 類別 1 – 標(biāo)準(zhǔn)速度電纜：
  • 標(biāo)準(zhǔn)（類別 1）：基本 HDMI 電纜
  • 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（類別 1）：與標(biāo)準(zhǔn)電纜相同，但包含以太網(wǎng)通道
  • 標(biāo)準(zhǔn)汽車（類別 1）：滿足基本電纜要求，但針對(duì)汽車應(yīng)用量身定制
• HDMI 2 類 – 高速電纜：
  • 高速（類別 2）：用于傳輸更高分辨率的視頻信號(hào)
  • 高速以太網(wǎng)（類別 2）：與高速電纜類似，但配備以太網(wǎng)功能

最終設(shè)計(jì)考慮因素

在涉及 HDMI 設(shè)備的 PCB 布局中，仔細(xì)考慮對(duì)于減輕串?dāng)_和保持信號(hào)完整性至關(guān)重要。還應(yīng)注意采用雙絞線的設(shè)計(jì)。使用雙絞線的電纜可能會(huì)因信號(hào)衰減而丟失信號(hào)，尤其是在接近 50 英尺的距離上。為了擴(kuò)展此范圍，可以使用 HDMI 延長(zhǎng)器，使距離可達(dá) 300 英尺。

此外，HDMI 技術(shù)并不適合同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)設(shè)備。它缺乏將多個(gè)信號(hào)傳輸?shù)絾为?dú)設(shè)備的能力，并且不能同時(shí)傳輸環(huán)繞聲和立體聲音頻信號(hào)。

結(jié)論

HDMI 連接技術(shù)是一種出色的解決方案，可以理順雜亂的電纜并簡(jiǎn)化系統(tǒng)，同時(shí)容納高質(zhì)量、高帶寬的音頻和視頻信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)的演變促進(jìn)了數(shù)據(jù)傳輸速度、帶寬以及以太網(wǎng)等重要功能集成的增強(qiáng)。構(gòu)成該系統(tǒng)的連接器和電纜廣泛應(yīng)用于家庭娛樂(lè)、工作場(chǎng)所通信以及商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域等各個(gè)領(lǐng)域。 CUI Devices 擁有一系列[HDMI 插座連接器]，可幫助工程師滿足 AV 信號(hào)設(shè)計(jì)需求。

審核編輯 黃宇