Grunderna för HDMI-kontaktdon

Enheter som kan generera både video- och ljudsignaler kan antingen visa dem på en inbyggd bildskärm eller överföra signalen till en extern bildskärm eller display. För att åstadkomma det sistnämnda krävs ett kabelsystem med integrerade kontaktdon.

Artikeln beskriver hur tekniken för sammankoppling har utvecklats under flera år (figur 1). Det börjar 1956 när standarden Composite RCA för TV-apparater införs, fortsätter med införandet av S-Video för videobandspelare och hemdatorer 1979 och innefattar VGA för IBM PC 1987. Under 1990-talet utvecklades den vidare till standarden Component RCA och DVI. Bortsett från DVI använde standarderna främst analoga kabelanslutningar, vilket möjliggjorde individuell överföring av antingen ljud- eller videosignaler. I själva verket krävdes flera kablar för att säkerställa kompatibilitet.

Figur 1: Utvecklingen av ljud- och videoanslutningar genom åren (bildkälla: Same Sky)

DVI förde området framåt genom att införa stöd för digital video. Användare som ville överföra både ljud och bild samtidigt var dock fortfarande tvungna att använda upp till fem separata kablar. Genombrottet kom 2002 i och med standarden HDMI 1.0 (High-Definition Multimedia Interface) som sammanförde de många kablarna till en enda.

Utvecklingen har medfört att HDMI idag är ett av de mest utbredda formaten för överföring av ljud-och videosignaler i både hemmet och på arbetsplatsen. Artikeln tittar närmare på den fortsatta utvecklingen av HDMI-standarderna, typer av kontaktdon, funktioner och mycket mer.

Översikt över standarder för HDMI

Sedan starten 2002 har den ursprungliga standarden för HDMI genomgått ett dussintal uppdateringar, var och en med förbättringar som t.ex. snabbare hastighet, ökad bandbredd, bättre upplösning, stöd för nya sändningsformat och flera olika storlekar på kontaktdonet.

HDMI 1.0 utvecklades ursprungligen av HDMI Forum och syftade till att effektivisera den mängd kablar som krävs för ljud- och videoöverföring samtidigt som funktionaliteten förbättrades. Specifikationen beskriver de grundläggande egenskaperna hos ett system för anslutning av bild och digitalt ljud med en enda kabel. Med tiden har tekniken för HDMI utvecklats till förstahandsvalet bland digitala gränssnitt som sömlöst ansluter bildskärmar med mycket hög upplösning till en oräknelig mängd konsumentelektronik, datorer, mobila enheter, bilar, kommersiella ljud- och videoutrustningar och mycket mer.

Den senaste versionen av standarden, HDMI 2.1, lanserades i november 2017 och stödjer ett flertal högre videoupplösningar och uppdateringsfrekvenser, upp till 10K. Den har dessutom stöd för formatet HDR (High Dynamic Range) och en bandbreddskapacitet på upp till 48 Gbit/s. Trots dessa framsteg är det fysiska kontaktdonet i sig oförändrat.

Tabell 1: Utveckling och specifikationer för standarden HDMI (Bildkälla: Same Sky)

Vanliga typer av kontaktdon

En HDMI-kabel består av flera skärmade partvinnade ledare för överföring av videosignalen, tillsammans med individuella ledare för ström och jord samt ytterligare kommunikationskanaler för enheter med lägre hastigheter. Kontaktdon för HDMI används för att ansluta kabeln till de enheter som används. Kontaktdonen är trapetsoida och har två hörn med fördjupningar för att underlätta korrekt anslutning och viss likhet med USB-kontaktdon. Standarden för HDMI omfattar fem olika typer av kontaktdon (figur 2):

• Typ A (standard): Kontaktdonet har 19 stift, 3 differentialpar och måtten 13,9 x 4,45 mm, där honkontaktdonet är något större. Den har elektrisk bakåtkompatibilitet med DVI-D.
• Typ B (Dual Link): Kontaktdonet har 29 stift, 6 differentialpar och måtten 21,2 x 4,45 mm. Den är avsedd för användning med väldigt högupplösta bildskärmar, men har aldrig använts i produkter på grund av sin storlek. Den bibehåller den elektriska bakåtkompatibiliteten med DVI-D.
• Typ C (mini): Mindre än Typ A (standard) med måtten 10,42 x 2,42 mm, men med samma funktioner och 19 stift. Den är avsedd för bärbara enheter.
• Typ D (mikro): Kompakt storlek, med måtten 5,83 x 2,2 mm och 19 stift. Den har likheter med kontaktdon för micro-USB och är specialanpassad för små bärbara enheter.
• Typ E (fordon): Konstruerad med en låsflik för att förhindra frånkoppling orsakad av vibrationer och har ett hölje som tål fukt och smuts. Den är avsedd för fordonstillämpningar, men det finns även en reläversion för att underlätta inkoppling till A/V-produkter för konsumenter.

Alla dessa olika typer av kontaktdon finns både som hane och hona, vilket skapar flexibilitet för olika anslutningsbehov. De kan vara raka eller rätvinklade, med horisontell eller vertikal montering. Honkontaktdon är vanligtvis inbyggda i både käll- och mottagarenheter. Adaptrarna och kopplingarna är lättåtkomliga för att passa olika anslutningskonfigurationer. För tillämpningar i krävande miljöer finns även robusta versioner av kontaktdon som garanterar hållbarhet och tillförlitlighet vid tuffa förhållanden.

Figur 2: Kontaktdon för HDMI (Bildkälla: Same Sky)

Stiftkonfigurationer för HDMI

Med undantag av typ B har de olika typerna av kontaktdon för HDMI 19 stift. Stiftkonfigurationen för de signaler de förmedlar varierar dock från typ till typ. Följaktligen finns det bakåtkompatibilitet inom en viss typ. Det är dock viktigt att vara försiktig vid konstruktion och montering av kablage för att säkerställa att rätt stiftnummer används för de olika signalerna. Eftersom kontaktdon av olika typer inte kan kopplas fel, uppstår inga problem med korskoppling.

Figur 3 nedan visar en typisk stiftkonfiguration för typ A. Enskilda stift har kapacitet att överföra datasignaler, klocksignaler, lågspänningseffekt, styrsignaler, CEC eller HEC.

Figur 3: Stiftkonfiguration för HDMI (Bildkälla: Same Sky)

Vanliga typer av kabel

Kablage för HDMI finns i olika utföranden, t.ex:

• HDMI Kategori 1 - Kablar för normal hastighet:
  • Standard (kategori 1): Grundläggande kabel för HDMI
  • Standard med Ethernet (kategori 1): Identisk med standardkabeln men innehåller en kanal för Ethernet
  • Standard för fordonsindustrin (kategori 1): Uppfyller de grundläggande kabelkraven men är specialanpassad för fordonstillämpningar
• HDMI Kategori 2 - Kablar för höga hastigheter:
  • Hög hastighet (kategori 2): Används för överföring av videosignaler med högre upplösning
  • Hög hastighet med Ethernet (Kategori 2): Liknar kablar för hög hastighet men är utrustade med Ethernet-kapacitet

Slutgiltiga överväganden vid konstruktion

I en kretskortslayout som innehåller enheter med HDMI måste man vara noga med att minska överhörning och bibehålla signalintegriteten. Uppmärksamhet bör också ägnas åt konstruktioner som använder partvinnade ledare. Kablar som använder partvinnade ledare kan råka ut för signalförluster, särskilt på avstånd som närmar sig 15 m på grund av dämpning. För att utöka räckvidden kan HDMI-förstärkare användas, vilket möjliggör avstånd på upp till 91 m.

Dessutom är teknologin för HDMI inte idealisk för att driva flera enheter samtidigt. Den saknar förmåga att överföra flera signaler till separata enheter och kan inte samtidigt överföra signaler för surround- och stereoljud.

Sammanfattning

Anslutningstekniken för HDMI är en utmärkt lösning för att minska kabeltrassel och förenkla system samtidigt som högkvalitativa ljud- och videosignaler med hög bandbredd kan överföras parallellt. Utveckling inom standarden har möjliggjort förbättringar av dataöverföringshastighet, bandbredd och integrering av viktiga funktioner som t.ex. Ethernet. De kontaktdon och kablar som utgör systemet används inom många olika områden, som t.ex. underhållning i hemmet, kommunikation på arbetsplatser samt kommersiella och industriella sektorer. Same Sky har en mängd olika HDMI-uttag för att hjälpa tekniker med deras konstruktionsbehov för ljud- och videosignaler.