HDMI-csatlakozók – alapismeretek

Az olyan eszközök esetében, amelyek kimenő kép- (vagy újabban terjedő megnevezéssel video-) és hangjelet is előállítanak, általában ki lehet választani, hogy a saját képernyőn jelenítsék-e azt meg, vagy egy külső monitorra vagy kijelzőre továbbítsák. Ez utóbbihoz kábelekre és beépített csatlakozókra van szükség.

Ez a cikkrész a kép- és hangcsatlakozók többéves fejlődését vázolja fel (1. ábra). Ez az időszak a televíziók esetében a kompozit RCA szabvány 1956-os bevezetésével kezdődött, majd 1979-ben a videomagnók és az otthoni számítógépek (HC, home computer) S-Video szabványának elfogadásával folytatódott, és ide tartozik az IBM PC számítógépekre 1987-ben bevezetett VGA szabvány is. Ezt követően a kép- és hangcsatlakozók az 1990-es évek során a komponens RCA és a DVI felé fejlődtek tovább. A DVI-t leszámítva ezek a szabványok elsősorban analóg kábelcsatlakozásokat használnak, amelyek lehetővé teszik a hang- és a képjelek külön-külön történő átvitelét is. Lényegében az eredményes használathoz több kábelre volt szükség.

1. ábra: A hang- és képátviteli csatlakozók fejlődése az idők során (ábra: Same Sky)

A DVI a digitális képátvitel támogatásának bevezetésével továbbfejlesztette a területet. Azoknak a felhasználóknak azonban, akik egyszerre akartak hangot és képet is átvinni, továbbra is akár még öt különálló kábelt is használniuk kellett. Az áttörést a 2002-ben megjelent HDMI 1.0 (High-Definition Multimedia Interface, nagy felbontású multimédiához való csatlakozó) szabvány hozta meg, amely a többféle kábelt egybefogta.

A fejlődés mára kép- és hangjelek átvitelére az egyik legelterjedtebb formátummá tette a HDMI-t úgy az otthoni, mint a munkahelyi környezetben. Ez a cikk közelebbről megvizsgálja a HDMI szabványok, -csatlakozótípusok és -képességek folyamatos fejlődését és sok egyebet.

A HDMI szabványok áttekintése

A HDMI szabvány a 2002-es bevezetése óta tucatnyi frissítésen esett át, amelyek mindegyike valamilyen fejlesztést kínál, olyanokat, mint a nagyobb átviteli sebesség, a nagyobb sávszélesség, a jobb felbontás, az új műsorszórási formátumok támogatása és a többféle csatlakozóméret.

A HDMI 1.0-t eredetileg a HDMI Forum fejlesztette ki, és az volt a célja, hogy egyszerűsítése a kép- és hangátvitelhez szükséges kábelrengeteget, és egyúttal több funkciót is nyújtson. Ez a szabvány körvonalazta az egykábeles digitális kép- és hangcsatlakozók alapvető képességeit. Idővel a HDMI az elsődleges digitális csatlakozóvá fejlődött, és zökkenőmentesen kapcsolja össze az ultranagy felbontású (UHD) kijelzőket számtalan szórakoztató elektronikai eszközzel, számítógéppel, mobil eszközzel, gépjárművel, kereskedelmi hang-és képtechnikai berendezéssel és sok egyébbel.

A szabvány legújabb verziója, a HDMI 2.1 2017 novemberében lett bevezetve, és nagyobb képfelbontást és frissítési sebességet tesz lehetővé, valamint akár 10K (10 240 × 4320 képpont) képfelbontást is. Emellett támogatja a nagy dinamikatartományú (HDR, High Dynamic Range) képformátumokat, és akár 48 Gb/s sávszélességhez is használható. A fejlesztések ellenére viszont maga a fizikai csatlakozó változatlan marad.

1. táblázat: A HDMI szabványok fejlődése és műszaki adatai (táblázat: Same Sky)

Szokványos csatlakozótípusok

A HDMI-kábel a képjel továbbításáért felelős több árnyékolt sodrott érpárt, valamint az áramellátás, a földelés és további, kisebb sebességű eszközkommunikációs csatornák külön vezetékeit tartalmazza. A HDMI-csatlakozók a kábel lezárására és a használt eszközökkel való kapcsolat létrehozására szolgálnak. Ezek a csatlakozók trapéz alakúak, két sarkukon bemélyedésekkel, amelyek megkönnyítik a pontos igazítást a behelyezés során, és némi hasonlóságot mutatnak az USB-csatlakozókkal. A HDMI szabvány öt különböző csatlakozótípust határoz meg (2. ábra):

• A típus (normál): Ennek a 19 érintkezős és 3 különbségi érpárral felszerelt csatlakozónak a mérete 13,9 mm × 4,45 mm, az aljzat valamivel nagyobb. Villamosan visszafelé kompatibilis a DVI-D csatlakozóval.
• B típus (kettős kapcsolatú csatlakozó): Ez a csatlakozó 29 érintkezőt és 6 különbségi érpárt tartalmaz, a mérete 21,2 mm × 4,45 mm. Nagyon nagy felbontású kijelzőkkel való használatra szánták, de a mérete miatt még soha nem használták valós termékekben. Villamosan szintén visszafelé kompatibilis a DVI-D csatlakozóval.
• C típus (mini): Kisebb méretű, mint az A típus (normál), 10,42 mm × 2,42 mm, de ugyanazokra a funkciókra alkalmas, és 19 érintkezője van. Hordozható eszközökhöz szánták.
• D típus (mikro): Kis, 5,83 mm × 2,20 mm méretű, 19 érintkezős csatlakozó. Hasonló a mikro-USB-csatlakozókhoz, és szintén kis méretű hordozható eszközökhöz szánták.
• E típus (gépjárműipari változat): A rezgések miatti szétcsúszás megakadályozására tervezett rögzítőfüllel, valamint a nedvességnek és szennyeződésnek ellenálló burkolattal van ellátva. A gépjárműipari felhasználási területekre szánt csatlakozó, relés változat is rendelkezésre áll belőle a fogyasztói kép- és hangtechnikai termékekhez való kapcsolódás megkönnyítésére.

Mindezek a csatlakozótípusok kaphatóak dugó és aljzat változatban is, így a különböző csatlakozási igényekhez rugalmasan alkalmazkodó megoldást kínálnak. A csatlakozók lehetnek egyenesek vagy derékszögűek, vízszintes vagy függőleges tájolásúak. Általában a jelforrás- és a fogadóeszközökbe is aljzatokat építenek be. Ezenkívül könnyen beszerezhetőek adapterek és közbetétek is a különböző csatlakozókialakítások közötti kapcsolat megteremtéséhez. A nagyobb igénybevételt jelentő környezetben történő használathoz strapabíró csatlakozóváltozatok is kaphatóak, amelyek zord körülmények között is garantálják a tartósságot és a megbízhatóságot.

2. ábra: A HDMI-csatlakozótípusok (ábra: Same Sky)

A HDMI-csatlakozók érintkezőkiosztása

A B típus kivételével a különböző HDMI-csatlakozótípusok mindegyike 19 érintkezőt tartalmaz. A csatlakozók érintkezőkiosztása azonban típusonként eltérő. Következésképpen egy adott típuson belül létezik visszafelé kompatibilitás. A kábelek tervezése és összeszerelése során azonban nagyon óvatosan kell eljárni, hogy a különböző jelek biztosan a megfelelő számú érintkezőre kerüljenek. Mivel a különböző típusú csatlakozókat nem lehet egymáshoz csatlakoztatni, keresztkapcsolási problémák nem merülnek fel.

Alább a 3. ábra egy A típusú csatlakozó jellemző érintkezőkiosztását szemlélteti. Az egyes érintkezők képesek adatjelek, órajelek, kisfeszültségű áramellátás, vezérlőjelek, CEC és HEC jelek továbbítására.

3. ábra: A HDMI-csatlakozó érintkezőkiosztása (ábra: Same Sky)

Szokványos kábeltípusok

Különböző típusú HDMI-kábelek kaphatóak, többek között az alábbiak:

• HDMI 1. kategória – szabványos átviteli sebességű kábelek:
  • szabványos (1. kategória): HDMI alapkábel
  • szabványos Ethernet (1. kategória): azonos a szabványos alapkábellel, de tartalmaz egy Ethernet-csatornát is
  • szabványos gépjárműipari (1. kategória): megfelel a szabványos alapkábelre vonatkozó követelményeknek, de gépjárműipari felhasználási területekre van szabva
• HDMI 2. kategória – nagy átviteli sebességű kábelek:
  • nagy sebességű (2. kategória): nagyobb felbontású képjelek továbbítására szolgál
  • nagy sebességű Ethernet (2. kategória): hasonló a nagy sebességű kábelhez, de Ethernet-csatornát is tartalmaz

Végső tervezési szempontok

A HDMI-eszközöket tartalmazó nyomtatott áramköri lapok elrendezését az áthallások mérséklése és a jelépség fenntartása érdekében alaposan át kell gondolni. Oda kell figyelni a sodrott érpárokat használó eszközökre is. A sodrott érpáros kábeleken jelveszteség léphet fel a csillapítás miatt, különösen a 15 m-es vagy hosszabb kábelek esetében. A hatótávolság megnöveléséhez használhatók HDMI-hosszabbítók, amelyek akár 100 m-nyi hatótávolságot is lehetővé tesznek.

A HDMI technika nem ideális továbbá több eszköz egyidejű meghajtására. Nem képes több jelet különálló eszközökre továbbítani, és nem képes egyidejűleg térhatású (surround) hangzást adó és sztereó hangjeleket továbbítani sem.

Összegzés

A HDMI-csatlakozók kiváló megoldást jelentenek a kábeltömeg felszámolására és a rendszerek egyszerűsítésére, ugyanakkor kiváló minőségű, nagy sávszélességű kép- és hangjelek továbbítására képesek. A szabványon belüli fejlődés elősegítette az adatátviteli sebesség és a sávszélesség növekedését, valamint az olyan jelentős funkciók beillesztését a kábelbe, mint az Ethernet. Az ezen rendszert alkotó csatlakozók és kábelek számos területen elterjedtek, beleértve az otthoni szórakoztóelektronikát, a munkahelyi kommunikációt, valamint a kereskedelem és az ipar bizonyos ágazatait. A Same Sky kínálatában számos HDMI-csatlakozó található, amelyek segítségére vannak a mérnököknek a kép- és hangjelek átvitelének tervezésében.