Una panoramica dei connettori HDMI

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Di Ryan Smoot, CUI Devices

Breve storia dei connettori HDMI

Se disponi di un dispositivo che produce un’uscita video e audio necessaria per il funzionamento o la fruizione di tale dispositivo, puoi visualizzarlo tramite uno schermo integrato o inviare il segnale a un monitor o display separato. L’invio richiederà un tipo di sistema di cavi con connettori integrati.

Questo è un modo semplice per guardare a una storia piuttosto complessa che abbraccia molti anni di sviluppo della tecnologia di interconnessione. Inizia con lo standard Composite RCA per TV nel 1956, poi si arriva a S-Video per videoregistratori e home computer nel 1979 e VGA per PC IBM nel 1987 e, infine ai Component RCA e DVI negli anni ’90. Ad eccezione del DVI, questi erano tutti standard di cavi analogici e i segnali trasmessi erano audio o video, ma non entrambi. In breve, servivano molti cavi per far funzionare le cose.

La storia antica dei connettori audio e video

Il DVI ha fatto un passo avanti supportando il video digitale, ma gli utenti che desideravano trasferire audio e video contemporaneamente dovevano comunque utilizzare fino a cinque cavi separati. È stato solo con l’introduzione dello standard High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0) nel 2002 che questi cavi multipli sono stati integrati in uno solo.

Con l’introduzione del nuovo standard, l’accettazione dei cavi e dei connettori HDMI ha iniziato a crescere nel corso di un ventennio, rendendo l’HDMI uno dei formati più utilizzati per il trasferimento di segnali audio/video sia a casa che in ufficio.

Cos’è lo standard HDMI?

Dal 2002 sono stati rilasciati una dozzina di aggiornamenti allo standard HDMI originale, che offrono maggiore velocità, maggiore larghezza di banda, migliore risoluzione, supporto per nuovi formati di trasmissione e varie dimensioni dei connettori.

La specifica HDMI 1.0 originale è stata sviluppata dall’HDMI Forum principalmente per eliminare la miriade di cavi necessari per trasferire video e audio, oltre che per migliorare la funzionalità. Le specifiche definivano le funzionalità di base di un sistema di interfaccia con connettore audio e video digitale a cavo singolo. La tecnologia ha funzionato e, secondo i suoi creatori, “continua a essere la principale interfaccia digitale per video, audio e dati che collega i display ad altissima definizione a una vasta gamma di dispositivi AV di elettronica di consumo, PC, mobili, automobilistici e commerciali. Si è inoltre estesa consentendo di implementare soluzioni per settori come quello sanitario, militare, aerospaziale, della sicurezza, della sorveglianza e dell’automazione industriale”.

La versione più recente dello standard è la versione 2.1, rilasciata a novembre 2017. Supporta una gamma di risoluzioni video e frequenze di aggiornamento più elevate fino a 10K. Supporta anche i formati High Dynamic Range (HDR) e una larghezza di banda fino a 48 Gbps. Il connettore vero e proprio, tuttavia, non è cambiato.

Tipi di connettori HDMI

Un cavo HDMI è composto da diverse coppie di fili intrecciati schermati che trasportano il segnale video, più conduttori separati per l’alimentazione, la messa a terra e altri canali di comunicazione dei dispositivi a bassa velocità. I connettori HDMI si trovano nella parte terminale del cavo e si collegano ai dispositivi utilizzati. Fisicamente, questi connettori sono di forma trapezoidale, con rientranze su due angoli per consentire un corretto allineamento quando vengono inseriti. Sono simili nell’aspetto ai connettori USB.

Esistono cinque diversi tipi di connettori HDMI:

• Tipo A (Standard): include 19 poli e tre coppie differenziali. Le dimensioni sono 13,9 mm x 4,45 mm, con la versione femmina leggermente più grande. Retrocompatibile elettricamente con DVI-D.
• Tipo B (Dual Link): include 29 poli e sei coppie differenziali. Le dimensioni sono 21,2 mm x 4,45 mm. È pensato per essere utilizzato con schermi ad altissima risoluzione. Retrocompatibile elettricamente con DVI-D. Questo connettore rimane nelle specifiche ma non è mai stato utilizzato nei prodotti a causa delle sue dimensioni.
• Tipo C (Mini): dimensioni più piccole rispetto al Tipo A (Standard), 10,42 mm x 2,42 mm, ma con la stessa funzionalità e configurazione a 19 poli. Destinato ai dispositivi portatili.
• Tipo D (Micro): misura 5,83 mm x 2,20 mm. Include 19 poli. Simile ai connettori micro-USB e destinato a dispositivi portatili di piccole dimensioni.
• Tipo E (settore automobilistico): incorpora una linguetta di bloccaggio per impedire la disconnessione dovuta alle vibrazioni e un guscio per resistere all’umidità e allo sporco. Destinato ad applicazioni automobilistiche. È disponibile una versione relè per abilitare l’interfaccia con i prodotti A/V di consumo.

I cinque tipi di connettori HDMI

Tutti questi connettori sono disponibili in versione maschio e femmina e sono diritti o ad angolo retto con orientamenti orizzontali o verticali. I connettori femmina sono spesso integrati nel dispositivo sorgente e nel dispositivo ricevente. Sono disponibili anche adattatori e accoppiatori, nonché versioni di connettori robuste per ambienti difficili.

Funzionalità attuali

La caratteristica di base e più popolare dei connettori e dei cavi HDMI è la loro capacità di trasmettere segnali audio e video con un unico cavo, senza degradazione. L’ultima versione dello standard HDMI incorpora anche funzionalità abbinate alle funzionalità del dispositivo di uscita. I sottotipi sono:

• Risoluzione 4k con 120 fotogrammi al secondo (FPS) o 8k con 60 FPS per ridurre il ritardo di ingresso e aumentare la velocità di risposta
• Frequenza di aggiornamento variabile (VRR) in base al dispositivo di output
• Supporto per i formati High Dynamic Range (HDR) per migliorare la profondità, i dettagli, la luminosità e il contrasto del video
• Interferenza elettromagnetica (EMI) molto bassa
• Retrocompatibilità con le versioni precedenti dello standard
• Cavo di alimentazione HDMI per consentire l’alimentazione diretta a bassa tensione tramite il connettore
• Supporto per Enhanced Auto Return Channel (eARC) (con cavo ad alta velocità) per garantire la piena compatibilità tra i dispositivi
• Funzionalità Consumer Electronics Control (CEC) per consentire ai dispositivi HDMI di controllarsi a vicenda e facilitare il controllo remoto di più dispositivi con un unico telecomando portatile
• Supporto HDMI Ethernet Channel (HEC) per consentire l’accesso a Internet senza cavi separati
• Supporto per formati e risoluzioni 3D

Piedinature per connettori HDMI

Oltre al tipo B, i diversi tipi di connettori HDMI contengono ciascuno 19 poli, ma la configurazione dei poli per i segnali che trasmettono varia da tipo a tipo. Ciò significa che all’interno di un particolare tipo esiste la retrocompatibilità, ma quando si progettano o si realizzano cavi è necessario prestare attenzione a utilizzare il numero di poli corretto per i diversi segnali. Poiché ciascuno dei tipi non può accoppiarsi con quelli di un tipo diverso, non ci sono problemi di connessione incrociata.

Piedinature per connettori HDMI

Il diagramma precedente mostra una tipica configurazione dei poli di tipo A. I singoli poli possono trasportare segnali di dati, segnali di clock, alimentazione a bassa tensione, segnali di controllo, CEC o HEC.

Tipi di cavi HDMI

I cavi HDMI sono disponibili in diversi tipi:

• HDMI categoria 1 — Cavi a velocità standard:
  • Standard (Categoria 1) — cavo HDMI di base
  • Standard con Ethernet (Categoria 1): identico al cavo standard ma con un canale Ethernet aggiuntivo
  • Standard Automotive (Categoria 1): soddisfa gli stessi requisiti del cavo di base, ma è progettato per l’uso automobilistico
• HDMI categoria 2 — Cavi ad alta velocità:
  • Alta velocità (categoria 2): utilizzati per video a risoluzione più elevata
  • Alta velocità con Ethernet (categoria 2): uguali a quelli ad alta velocità ma con funzionalità Ethernet

Altre considerazioni sulla progettazione

Il layout PCB con dispositivi HDMI può essere fondamentale per ridurre al minimo la diafonia e l’integrità del segnale. Bisogna fare attenzione anche ai disegni che utilizzano coppie di fili intrecciati. I cavi che utilizzano coppie intrecciate possono anche subire una perdita di segnale su distanze prossime a 15 metri, a causa dell’attenuazione. Gli estensori HDMI possono essere utilizzati per aumentare questa distanza fino a 90 metri.

Inoltre, la tecnologia HDMI non è adatta a gestire più dispositivi contemporaneamente. Non può inviare segnali multipli a dispositivi separati e non può inviare segnali audio surround e stereo contemporaneamente.

Applicazioni HDMI

In teoria, qualsiasi dispositivo che invia segnali audio e video a un altro dispositivo, come un monitor, può utilizzare la tecnologia HDMI per la connessione. Dunque, parliamo di un’ampia gamma di applicazioni e usi, dai dispositivi di consumo ai sistemi aziendali e industriali. Alcune delle attuali applicazioni per HDMI includono, ma non sono limitate a:

• PC e laptop
• Monitor
• Sistemi HDTV
• Lettori DVD Blu-Ray
• Lettori Ultra HD
• Console da gioco
• Videoproiettori
• BOX via cavo e via satellite
• Ricevitori home theater
• Dispositivi per la fotografia digitale
• Smartphone
• Dispositivi audio digitali
• Video wall

Riepilogo

La tecnologia di connessione HDMI è eccellente per ridurre l’ingombro e la complessità dei cavi nei sistemi che generano contemporaneamente segnali audio e video di alta qualità e larghezza di banda elevata. Le modifiche apportate allo standard nel corso degli anni hanno consentito di migliorare la velocità di trasferimento dei dati e la larghezza di banda e hanno aggiunto funzionalità significative, come l’Ethernet. I connettori e i cavi che compongono questo sistema si trovano attualmente su dispositivi e sistemi utilizzati nell’intrattenimento domestico, nelle comunicazioni sul luogo di lavoro e nei settori commerciali e industriali. Il formato di interconnessione HDMI è attualmente uno dei mezzi più diffusi e ampiamente utilizzati per trasportare segnali AV di alta qualità tra un dispositivo sorgente e un display. CUI Devices offre una varietà di prese HDMI di tipo A conformi allo standard HDMI 2.0.

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