HDMI连接器的基础知识

作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技术支持工程师

生成视频和音频输出的设备可以选择将其显示在板载屏幕上或将信号传输到外部监视器或显示器。为了实现后者，需要具有集成连接器的电缆系统。

本文部分概述了互连技术多年来的演变（图 1）。它始于 1956 年针对电视引入复合[RCA]标准，随后于 1979 年在 VCR 和家用计算机中采用 S-Video，并于 1987 年在 IBM PC 中采用 VGA。随后，在20世纪90年代。除了 DVI 之外，这些标准主要使用模拟电缆连接，从而能够单独传输音频或视频信号。本质上，需要多根电缆来确保操作兼容性。

图 1：音频和视频连接器的历史发展（图片来源：[CUI Devices]）

DVI 通过引入数字视频支持推动了该领域的发展。然而，寻求同时传输音频和视频的用户仍然不得不使用最多五根单独的电缆。 2002 年高清多媒体接口 (HDMI 1.0) 标准的出现带来了突破，该标准将多种电缆整合为一根。

这一演变推动 HDMI 成为当今家庭和工作场所中最流行的音频视频信号传输格式之一。本文将仔细研究 HDMI 标准、连接器类型、功能等的持续发展。

HDMI 标准概述

自 2002 年推出以来，最初的 HDMI 标准已经经历了十几次更新，每次更新都提供了增强功能，例如更快的速度、增加的带宽、改进的分辨率、支持新的广播格式和多种连接器尺寸。

HDMI 1.0 最初由 HDMI 论坛开发，旨在简化音频和视频传输所需的混乱电缆，同时增强功能。该规范概述了单电缆、数字音频和视频连接器接口系统的基本功能。随着时间的推移，HDMI 技术已发展成为主要的数字接口，将超高清显示器与众多消费电子产品、个人电脑、移动设备、汽车、商用 AV 设备等无缝连接。

该标准的最新版本 HDMI 2.1 于 2017 年 11 月推出，支持一系列更高的视频分辨率和刷新率，最高可达 10K。此外，它还支持高动态范围 (HDR) 格式，并拥有高达 48 Gbps 的带宽能力。值得注意的是，尽管有这些进步，物理连接器本身仍然保持不变。

| | 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 | 高达 10K、动态 HDR、以太网、可变刷新率 |
| 初始发行 | 2002年12月 | 2006年6月 | 2009年5月 | 2013年九月 | 2017年11月 |

表 1：HDMI 标准进展和规格（图片来源：CUI Devices）

常见连接器类型

HDMI 电缆由多条屏蔽双绞线组成，负责传输视频信号，以及用于电源、接地和其他低速设备通信通道的单独导体。[HDMI 连接器]用于端接电缆并与正在使用的设备建立连接。这些连接器呈梯形，两个角上有凹痕，以便于插入时精确对齐，与 USB 连接器有些相似。 HDMI 标准包含五种不同的连接器类型（图 2）：

• A 型（标准）： 配备 19 个引脚和三个差分对，该连接器尺寸为 13.9 毫米 x 4.45 毫米，母头版本稍大。它具有与 DVI-D 的电气向后兼容性。
• B 型（双链路）： 该连接器包含 29 个引脚和六个差分对，尺寸为 21.2 毫米 x 4.45 毫米。它旨在与非常高分辨率的显示器一起使用，但由于其尺寸而从未在产品中使用。它还保持与 DVI-D 的电气向后兼容性。
• C 型（迷你）： 与 A 型（标准）相比，尺寸更小，尺寸为 10.42 毫米 x 2.42 毫米，但具有相同的功能和 19 针配置。它是为便携式设备设计的。
• D 型（微型）： 尺寸紧凑，尺寸为 5.83 mm x 2.20 mm，带有 19 个引脚。它与微型 USB 连接器有相似之处，专为小型便携式设备量身定制。
• E 型（汽车）： 采用锁定片设计，可防止振动引起的断开，外壳可防潮和防尘。针对汽车应用，提供继电器版本以方便与消费类 A/V 产品连接。

所有这些连接器类型均提供公头和母头版本，可灵活满足各种连接需求。它们可以是直的或直角的，方向可以是水平的或垂直的。母连接器通常集成到源设备和接收设备中。此外，适配器和耦合器易于使用以适应不同的连接配置。对于苛刻环境中的应用，还提供坚固耐用的连接器版本，确保恶劣条件下的耐用性和可靠性。

图 2：HDMI 连接器类型（图片来源：CUI Devices）

HDMI 引脚配置

除 B 型外，各种 HDMI 连接器类型均包含 19 针。然而，它们传送的信号的引脚配置因类型而异。因此，在特定类型内，存在向后兼容性。然而，在电缆设计或组装过程中必须小心谨慎，以确保不同信号使用正确的引脚号。由于不同类型的连接器不能相互插接，因此不会出现交叉连接问题。

下面的图 3 显示了典型的 A 型引脚配置。各个引脚能够传输数据信号、时钟信号、低压电源、控制信号、CEC 或 HEC。

图 3：HDMI 引脚配置（图片来源：CUI Devices）

常见电缆类型

HDMI 电缆有多种类型，包括：

• HDMI 类别 1 – 标准速度电缆：
  • 标准（类别 1）：基本 HDMI 电缆
  • 标准以太网（类别 1）：与标准电缆相同，但包含以太网通道
  • 标准汽车（类别 1）：满足基本电缆要求，但针对汽车应用量身定制
• HDMI 2 类 – 高速电缆：
  • 高速（类别 2）：用于传输更高分辨率的视频信号
  • 高速以太网（类别 2）：与高速电缆类似，但配备以太网功能

最终设计考虑因素

在涉及 HDMI 设备的 PCB 布局中，仔细考虑对于减轻串扰和保持信号完整性至关重要。还应注意采用双绞线的设计。使用双绞线的电缆可能会因信号衰减而丢失信号，尤其是在接近 50 英尺的距离上。为了扩展此范围，可以使用 HDMI 延长器，使距离可达 300 英尺。

此外，HDMI 技术并不适合同时驱动多个设备。它缺乏将多个信号传输到单独设备的能力，并且不能同时传输环绕声和立体声音频信号。

结论

HDMI 连接技术是一种出色的解决方案，可以理顺杂乱的电缆并简化系统，同时容纳高质量、高带宽的音频和视频信号。标准的演变促进了数据传输速度、带宽以及以太网等重要功能集成的增强。构成该系统的连接器和电缆广泛应用于家庭娱乐、工作场所通信以及商业和工业领域等各个领域。 CUI Devices 拥有一系列[HDMI 插座连接器]，可帮助工程师满足 AV 信号设计需求。

审核编辑 黄宇