De basisprincipes van HDMI-connectors

Apparaten die zowel video als audio genereren, kunnen de output weergeven op een ingebouwd scherm of kunnen het signaal doorsturen naar een externe monitor of extern display. Voor de externe optie is een kabelsysteem met geïntegreerde connectors nodig.

Dit artikel geeft een overzicht van de evolutie van de aansluittechnologie door de jaren heen (afbeelding 1). We beginnen met de introductie van de Composite RCA-standaard voor televisies in 1956 waarna we de adoptie beschrijven van S-Video voor videorecorders en thuiscomputers in 1979 en later VGA voor IBM-pc’s in 1987. Vervolgens werd in de jaren 1990 Component RCA en DVI ontwikkeld. Afgezien van DVI maakten deze standaarden voornamelijk gebruik van analoge kabelverbindingen, waarmee audio- of videosignalen afzonderlijk konden worden verzonden. In wezen waren er meerdere kabels nodig om operationele compatibiliteit te garanderen.

Afbeelding 1: De progressie van audio- en videoconnectors door de jaren heen (Bron afbeelding: Same Sky)

DVI bracht vooruitgang door middel van ondersteuning voor digitale video. Gebruikers die gelijktijdig audio en video wilden overbrengen, hadden echter nog steeds vijf afzonderlijke kabels nodig. De doorbraak kwam in 2002 met de komst van een nieuwe standaard: de High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0), die deze verschillende kabels samenvoegde tot één kabel.

Door deze evolutie is HDMI uitgegroeid tot een van de meest gebruikte formaten voor de overdracht van audio- en videosignalen, zowel thuis als op het werk. Dit artikel gaat dieper in op de voortdurende ontwikkeling van HDMI-standaarden, connectortypen, mogelijkheden en meer.

Overzicht HDMI-standaarden

Sinds het ontstaan in 2002 heeft de oorspronkelijke HDMI-standaard een tiental updates ondergaan, elk met verbeteringen zoals hogere snelheid, grotere bandbreedte, verbeterde resolutie, ondersteuning voor nieuwe uitzendformaten en meerdere connectorgroottes.

HDMI 1.0, oorspronkelijk ontwikkeld door het HDMI Forum, was bedoeld om de verschillende kabels die nodig zijn voor audio- en videotransmissie te stroomlijnen en tegelijkertijd de functionaliteit te verbeteren. Deze specificatie beschrijft de fundamentele mogelijkheden van een interfacesysteem voor digitale audio en video met slechts één kabel. In de loop der tijd is HDMI-technologie uitgegroeid tot de primaire digitale interface, die ultra-high-definition beeldschermen naadloos verbindt met een groot aantal consumentenelektronica, pc's, mobiele apparaten, auto's, commerciële AV-apparatuur en nog veel meer.

De meest recente versie van de standaard, HDMI 2.1, werd geïntroduceerd in november 2017 en ondersteunt een reeks hogere videoresoluties en vernieuwingsfrequenties, tot wel 10K. Daarnaast biedt deze standaard ondersteuning voor HDR-formaten (High Dynamic Range) en bandbreedtemogelijkheden tot 48 Gbps. Ondanks deze vooruitgang blijft de connector zelf onveranderd.

Tabel 1: Progressie en specificaties van HDMI-standaarden (Bron afbeelding: Same Sky)

Gebruikelijke connectortypen

Een HDMI-kabel bestaat uit meerdere afgeschermde getwiste aderparen die verantwoordelijk zijn voor het verzenden van het videosignaal, naast afzonderlijke aders voor voeding, aarde en extra communicatiekanalen voor apparaten met een lagere snelheid. HDMI-connectors dienen om de kabel af te dichten en aan te sluiten op de gebruikte apparaten. Deze connectors hebben een trapeziumvorm met twee afgesneden hoeken voor een precieze uitlijning tijdens het plaatsen. Ze lijken een beetje op USB-connectors. De HDMI-standaard omvat vijf verschillende connectortypen (afbeelding 2):

• Type A (standaard): deze connector heeft 19 pinnen en drie differentiële paren en een afmeting van 13,9 mm x 4,45 mm, waarbij de vrouwelijke versie iets groter is. Het beschikt over elektrische achterwaartse compatibiliteit met DVI-D.
• Type B (dual link): deze connector heeft 29 pinnen en zes differentiële paren en een afmeting van 21,2 mm x 4,45 mm. De connector is bedoeld voor gebruik met beeldschermen met een zeer hoge resolutie, maar is nooit gebruikt in producten vanwege de grootte. Het beschikt ook over elektrische achterwaartse compatibiliteit met DVI-D.
• Type C (mini): deze connector is kleiner in formaat vergeleken met type A (standaard) en heeft een afmeting van 10,42 mm x 2,42 mm, maar met dezelfde functionaliteit en 19-pins configuratie. Deze connector is ontworpen voor draagbare apparaten.
• Type D (micro): deze connector is compact van formaat met een afmeting van 5,83 mm x 2,20 mm en heeft 19 pinnen. Hij heeft overeenkomsten met micro-USB-aansluitingen en is speciaal gemaakt voor kleine draagbare apparaten.
• Type E (auto): deze connector is ontworpen met een vergrendelingslipje om loskoppeling door trillingen te voorkomen en een omhulsel dat bestand is tegen vocht en vuil. Deze connector is bedoeld voor toepassingen in de auto-industrie, maar er is ook een relaisversie beschikbaar om de interface met A/V-consumentenproducten te vergemakkelijken.

Alle bovenstaande connectortypen zijn verkrijgbaar in zowel mannelijke als vrouwelijke versies, wat flexibiliteit biedt voor verschillende aansluitbehoeften. Ze kunnen recht of haaks zijn en horizontaal of verticaal georiënteerd. Vrouwelijke connectors zijn meestal geïntegreerd in zowel de bronapparaten als de ontvangende apparaten. Bovendien zijn er adapters en koppelingen beschikbaar voor andere aansluitingsconfiguraties. Voor toepassingen in veeleisende omgevingen zijn ook robuuste connectorversies beschikbaar, die duurzaamheid en betrouwbaarheid onder zware omstandigheden garanderen.

Afbeelding 2: HDMI-connectortypen (Bron afbeelding: Same Sky)

HDMI-pinconfiguraties

Met uitzondering van type B hebben de verschillende HDMI-connectortypen allemaal 19 pinnen. De pinconfiguratie voor de signalen die ze overbrengen verschilt echter per type. Bijgevolg bestaat er binnen een specifiek type achterwaartse compatibiliteit. Het is echter belangrijk om voorzichtig te zijn tijdens het kabelontwerp of de assemblage om ervoor te zorgen dat de juiste pinnummers worden gebruikt voor de verschillende signalen. Omdat connectors van verschillende typen niet op elkaar kunnen worden aangesloten, ontstaan er geen problemen met kruisverbindingen.

Afbeelding 3 hieronder illustreert een typische type A pinconfiguratie. Afzonderlijke pinnen zijn geschikt voor datasignalen, kloksignalen, laagspanningsvoeding, besturingssignalen, CEC of HEC.

Afbeelding 3: HDMI-pinconfiguratie (Bron afbeelding: Same Sky)

Gebruikelijke kabeltypen

HDMI-kabels zijn verkrijgbaar in verschillende typen, waaronder:

• HDMI-categorie 1 – kabels voor standaardsnelheid:
  • Standaard (categorie 1): HDMI-basiskabel
  • Standaard met ethernet (categorie 1): identiek aan de standaardkabel, maar met een ethernetkanaal
  • Standaard automotive (categorie 1): voldoet aan de eisen voor basiskabels, maar is speciaal gemaakt voor toepassingen in de auto-industrie
• HDMI-categorie 2 – kabels voor hoge snelheid:
  • Hoge snelheid (categorie 2): gebruikt voor het verzenden van videosignalen met een hogere resolutie
  • Hoge snelheid met ethernet (categorie 2): Gelijk aan kabel voor hoge snelheid maar uitgerust met ethernet-mogelijkheden

Laatste ontwerpoverwegingen

Bij een print-lay-out met HDMI-apparaten is zorgvuldige overweging essentieel om overspraak te beperken en signaalintegriteit te behouden. Ook ontwerpen met getwiste aderparen verdienen onze aandacht. Kabels met getwiste paren kunnen signaalverlies ondervinden, met name over afstanden van meer dan 15 meter als gevolg van verzwakking. Om dit bereik te vergroten, kunnen HDMI-extenders worden gebruikt, waarmee afstanden tot 100 meter mogelijk zijn.

Bovendien is HDMI-technologie niet ideaal voor het gelijktijdig aansturen van meerdere apparaten. Het is niet mogelijk om meerdere signalen naar afzonderlijke apparaten te zenden of om tegelijkertijd surround-sound en stereo-audiosignalen te zenden.

Conclusie

De HDMI-verbindingstechnologie is een uitstekende oplossing voor het stroomlijnen van kabels en het vereenvoudigen van systemen, terwijl tegelijkertijd audio- en videosignalen van hoge kwaliteit en hoge bandbreedte worden ondersteund. Evolutie binnen de standaard heeft verbeteringen mogelijk gemaakt in de snelheid van gegevensoverdracht, bandbreedte en de integratie van belangrijke functies zoals ethernet. De connectors en kabels waaruit dit systeem bestaat, worden gebruikt in bijvoorbeeld home entertainment, communicatie op de werkplek en commerciële en industriële sectoren. Same Sky heeft een reeks HDMI-connectors om u te helpen bij het ontwerpen van AV-signalen.