HDMI 連接器的基礎知識

產生視訊和音訊輸出的裝置，可以選擇將音訊或視訊顯示在板載螢幕上或將訊號傳輸到外部監視器或顯示器。後者需要整合連接器的纜線系統。

本文概述互連技術多年來的演變 (圖 1)。最初為 1956 年針對電視引入的複合訊號 RCA 標準，隨後於 1979 年在 VCR 和家用電腦中採用 S-Video，並於 1987 年在 IBM PC 中採用 VGA。隨後，在 1990 年代，發展為色差訊號 RCA 和 DVI。除了 DVI 之外，這些標準主要使用類比纜線連接，能單獨傳輸音訊或視訊訊號。本質上，若要確保操作相容，需要多條纜線。

圖 1：音訊與視訊連接器的發展 (圖片來源：Same Sky)

DVI 引入數位視訊支援，推動該領域的發展。然而，使用者若要同時傳輸音訊和視訊，仍然必須使用多達五條單獨的纜線。2002 年，高畫質多媒體介面 (HDMI 1.0) 標準的興起帶來突破，此標準將多種纜線整合為一。

此演變推動 HDMI 成為現今家庭和工作場所中最受歡迎的音訊及視訊訊號傳輸格式之一。本文將深入探討 HDMI 標準、連接器類型、功能等的持續發展。

HDMI 標準概覽

HDMI 自 2002 年推出以來，最初的 標準已經歷十幾次更新，每次更新都提供增強功能，例如更快的速度、增加的頻寬、提升的解析度、支援新的廣播格式和多種連接器尺寸。

HDMI 1.0 最初由 HDMI 論壇開發，旨在簡化音訊和視訊傳輸所需纜線的混亂狀態，同時增強功能。此規範說明單一纜線、數位音訊和視訊連接器介面系統的基本功能。HDMI 技術已逐漸發展成為主要的數位介面，將超高解析度顯示器與眾多消費性電子產品、個人電腦、行動裝置、汽車、商用影音設備等無縫連接。

此標準的最新版本 HDMI 2.1 於 2017 年 11 月推出，支援一系列更高的視訊解析度和更新率，最高可達 10K。此外，還支援高動態範圍 (HDR) 格式，且頻寬能力高達 48 Gbps。值得注意的是，儘管有這些進步，實體連接器本身仍然保持不變。

表 1：HDMI 標準發展與規範 (圖片來源：Same Sky)

常見連接器類型

HDMI 纜線由多條屏蔽雙絞線組成，負責傳輸視訊訊號，以及用於電源、接地和其他低速裝置通訊通道的獨立導線。HDMI 連接器用於端接纜線並與使用中的裝置建立連接。這些連接器呈梯形，兩個角落上有凹痕，以便於插入時精確對齊，與 USB 連接器有些相似。HDMI 標準包含五種不同的連接器類型 (圖 2)：

• Type A (標準)：此連接器配備 19 個引腳和三個差動對，尺寸為 13.9 mm x 4.45 mm，母端版本稍大。可與 DVI-D 電氣向後相容。
• Type B (雙鏈路)：此連接器包含 29 個引腳和 6 個差動對，尺寸為 21.2 mm x 4.45 mm。用於搭配極高解析度的顯示器使用，但由於其尺寸，從未在產品中使用。也維持與 DVI-D 電氣向後相容。
• Type C (迷你)：尺寸比 Type A (標準) 更小，為 10.42 mm x 2.42 mm，但具有相同的功能和 19 引腳配置。為可攜式裝置所設計。
• Type D (微型)：尺寸緊湊，為 5.83 mm x 2.20 mm，具有 19 個引腳。與 micro-USB 連接器有相似之處，專為小型可攜式裝置量身訂做。
• Type E (汽車)：採用鎖定接片設計，可防止振動引起連接斷開，外殼可防潮和防塵。針對汽車應用，提供繼電器版本，方便與消費性影音產品介接。

上述連接器均提供公端和母端版本，可靈活滿足各種連接需求。提供直式或直角類型、水平或垂直。連接器母座通常整合至來源裝置和接收裝置中。此外，提供容易使用的配接器和耦合器，因應不同的連接配置。針對嚴峻環境的應用，提供堅固耐用的連接器版本，確保在惡劣條件下達到耐用性和可靠性。

圖 2：HDMI 連接器類型 (圖片來源：Same Sky)

HDMI 引腳配置

除了 Type B 之外，各種 HDMI 連接器類型均含 19 個引腳。然而，其傳送訊號的引腳配置依類型而異。因此，在特定類型內，可向後相容。然而，纜線在設計或組裝過程中必須小心謹慎，以確保各訊號使用正確的引腳號碼。由於不同類型的連接器不能相互插接，因此不會出現交叉連接問題。

下圖 3 顯示典型 Type A 引腳配置。由各個獨立引腳傳輸資料訊號、時脈訊號、低電壓電源、控制訊號、CEC 或 HEC。

圖 3：HDMI 腳位配置 (圖片來源：Same Sky)

常見纜線類型

HDMI 纜線有多種類型，包括：

• HDMI Category 1 – 標準速度纜線：
  • 標準 (Category 1)：基本 HDMI 纜線
  • 標準含乙太網路 (Category 1)：與標準纜線相同，但包含乙太網路通道
  • 標準汽車 (Category 1)：滿足基本纜線要求，但針對汽車應用量身訂做
• HDMI Category 2 – 高速纜線：
  • 高速 (Category 2)：用於傳輸更高解析度的視訊訊號
  • 高速含乙太網路 (Category 2)：與高速纜線類似，但配備乙太網路功能

最終設計考量因素

涉及 HDMI 裝置的 PCB 佈局需仔細考量，有助於減輕串音和保持訊號完整性。採用雙絞線的設計也需特別注意。使用雙絞線的纜線可能會因訊號衰減而失去訊號，尤其是在接近 50 ft 的距離。為了延伸此範圍，可以使用 HDMI 延長器，使距離達 300 ft。

此外，HDMI 技術並不適合同時驅動多個裝置。HDMI 無法將多個訊號傳輸到獨立裝置，且不能同時傳輸環繞聲和立體聲音訊訊號。

結論

HDMI 連接技術是一種出色的解決方案，可以理順雜亂的纜線並簡化系統，同時容納高品質、高頻寬的音訊和視訊訊號。標準的演進強化了資料傳輸速度、頻寬以及乙太網路等重要功能的整合。構成此系統的連接器和纜線廣泛運用於家庭娛樂、工作場所通訊以及商業和工業等各種領域。Same Sky 提供一系列 HDMI 插座連接器，協助工程師滿足影音訊號設計的需求。