HDMI 连接器的基础知识
作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技术支持工程师
对于能同时生成视频和音频输出的设备来说，可选择将其输出内容在板载显示屏或传输到外部的显示器或显示屏上显示。要实现后者，需要采用带有集成连接器的电缆系统。
本文概述了近几年来互连器件技术的发展（图 1）。从 1956 年电视机执行 RCA 复合标准开始，到 1979 年录像机和家用电脑执行 S-Video 标准，再到 1987 年 IBM 个人电脑执行 VGA 标准。随后，在 20 世纪 90 年代又发展到分量 RCA 和 DVI。除 DVI 外，这些标准主要使用模拟电缆连接，可单独传输音频或视频信号。实质上，需要多条电缆来确保操作的兼容性。
图 1：音频和视频连接器的发展过程（图片来源：CUI Devices）
支持数字视频的 DVI 推动了该领域的发展。不过，用户要同时传输音频和视频，仍不得不采用多达五条不同的电缆。2002 年，高清多媒体接口 (HDMI 1.0) 标准的出现带来了突破性进展，该标准将多种电缆整合为一条。
这一演变促使 HDMI 成为当今家庭和工作场所中使用最普遍的音视频信号传输格式之一。本文将详细介绍 HDMI 标准、连接器类型和功能等方面的持续发展过程。
HDMI 标准简介
自 2002 年推出以来，最初的 HDMI 标准已经历了十几次修订，每次修订都实现了更快的速度、更大的带宽、更高的分辨率、对新广播格式的支持以及多种连接器尺寸等增强功能。
HDMI 1.0 最初由 HDMI 论坛开发，旨在精简音视频传输所需的杂乱线缆，同时增强功能。该规范概述了单电缆、数字音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，可实现超高清显示器与各种消费电子产品、个人电脑、移动设备、汽车、商用影音等设备的无缝连接。
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高达 10k 的刷新率。此外，该标准还支持高动态范围 (HDR) 格式，并拥有高达 48 Gbps 的带宽能力。值得注意的是，尽管实现了这些进步，物理连接器本身却没有变化。
表 1：HDMI 标准的发展过程和规格（图片来源：CUI Devices）
常见连接器类型
HDMI 电缆由多对负责传输视频信号的屏蔽双绞线以及用于电源、接地和其他低速设备通信通道的单独导体组成。HDMI 连接器用于端接电缆并连接使用中的设备。这些连接器呈梯形，两个角上有凹痕，便于插入时精确对准，与 USB 连接器有些相似。HDMI 标准包括五种不同类型的连接器（图 2）：
· Type A（标准型）：这种连接器采用 19 针和三个差分对，尺寸为 13.9 mm x 4.45 mm，母头型稍大。该型连接器在电气上向后兼容 DVI-D。
· Type B（双链路型）：这种连接器采用 29 针和六个差分对，尺寸为 21.2 mm x 4.45 mm。该型连接器旨在与极高分辨率的显示屏配合使用，但由于体积较大，从未在产品中使用过。该连接器在电气上向后兼容 DVI-D。
· Type C（小型）： 与 Type A（标准型）相比，尺寸更小 (10.42 mm x 2.42 mm)，但具有相同的功能和 19 针配置。该型连接器专为便携式设备而设计。
· Type D（微型）：尺寸小巧，5.83 mm x 2.20 mm，19 针。该连接器与微型 USB 连接器相似，专为小型便携设备而设计。
· Type E（汽车型）：设计有锁定片，可防止因振动而断开连接，采用防潮防尘外壳。该型连接器主要用于汽车应用，同时提供继电器版本，以便连接消费类 A/V 产品。
所有这些连接器类型都包括公头和母头两种型号，可灵活地满足各种连接需求。这些连接器提供直式或直角式，方向分为水平或垂直。母头连接器通常集成在信号源和接收设备中。此外，按照不同的连接配置，可随时使用适配器和耦合器。对于苛刻环境中的应用，还提供坚固耐用的连接器型号，以确保恶劣条件下的耐用性、可靠性。
图 2：HDMI 连接器类型（图片来源：CUI Devices）
HDMI 针脚配置
除 Type B 外，各种 HDMI 连接器类型都包含 19 个针脚。不过，不同类型的信号针脚配置也各不相同。因此，在特定类型中，有的可以向后兼容。但是，在电缆设计或组装过程中必须谨慎操作，以确保为不同信号使用正确的针脚编号。由于不同类型的连接器不能相互配合，因此不会出现交叉连接的问题。
以下图 3 所示为典型的 Type A 针脚配置。单独的针脚可传输数据信号、时钟信号、低压电源、控制信号、CEC 或 HEC。
图 3：HDMI 的针脚配置（图片来源：CUI Devices）
常见电缆类型
HDMI 电缆有多种类型，具体包括：
· HDMI 1 类 – 标准速度电缆：
标准型（1 类）：基本 HDMI 电缆
标准以太网（1 类）：与标准电缆相同，但包含以太网通道
标准汽车电缆（1 类）：符合基本电缆要求，汽车专用
· HDMI 2 类 – 高速电缆：
高速（2 类）：用于传输更高分辨率视频信号
高速以太网（2 类）：与高速电缆类似，但具有以太网功能
最终设计考虑因素
在涉及 HDMI 设备的 PCB 布局中，必须仔细考虑如何减少串扰并保持信号完整性。此外，还应注意采用双绞线对的设计。使用双绞线的电缆可能会因为衰减而出现信号丢失，距离接近 50 英尺时信号丢失尤其严重。要增加这一距离，可以使用 HDMI 扩展器，距离可达 300 英尺。
此外，HDMI 技术并不适合同时驱动多个设备。该器件不具备向不同设备传输多路信号的能力，也不能同时传输环绕声和立体声音频信号。
结束语
HDMI 连接技术是一种出色的解决方案，可在容纳高质量、高带宽音视频信号的同时，精简杂乱的线缆并简化系统。该标准的发展促进了数据传输速度和带宽的提高，同时集成了以太网等重要功能。构成这一系统的连接器和电缆已在各个领域中普及，包括家庭娱乐、工作场所通信以及商业和工业部门。CUI Devices 提供一系列 HDMI 插座连接器，可满足工程师的影音信号设计需求。
