היסודות של מחברי HDMI‏

התקנים המפיקים יציאות וידאו ואודיו יש באפשרותם להציג אותן על מסך מובנה או להעביר את האותות למוניטור או צג חיצוני. כדי להשיג את האפשרות השנייה, דרושה מערכת כבל עם מחברים משולבים.‏

מאמר זה מתאר את התפתחות טכנולוגיית החברורים לאורך מספר שנים (איור 1‏). היא מתחילה עם ההצגה של‏ תקן ה-Composite RCA עבור טלוויזיות ב-1956‏, מתקדמת עם ה-אימוץ של‏ S-Video‏ עבור מכשירי וידאו‏ ומחשבים ביתיים ב-1979‏, ומאמצת VGA‏ עבור מחשבים אישיים (PCs)‏ IBM ב-1987‏. לאחר מכן, היא מתקדמת ל-Component RCA ו-DVI במהלך שנות ה-1990. פרט ל-DVI, תקנים אלה השתמשו בעיקר בחיבורי כבלים אנלוגיים, שאפשרו העברה של אותות שמע או וידאו בנפרד. למעשה, נדרשו כבלים מרובים כדי להבטיח תאימות תפעולית.

איור 1: ההתקדמות של מחברי‏ אודיו ווידאו לאורך ההיסטוריה (מקור תמונה: Same Sky)

DVI קידמה את התחום על ידי הצגת תמיכה בווידאו דיגיטלי. עם זאת, משתמשים שבקשו להעביר אודיו ווידאו בו זמנית עדיין נאלצו להשתמש בעד חמישה כבלים נפרדים. פריצת הדרך באה עם הופעתו של תקן ממשק המולטימדיה רזולוציה-גבוהה (High-Definition Multimedia Interface‏ (HDMI 1.0) ב-2002‏, שאיחד את הכבלים המרובים הללו לאחד.

התפתחות זו הניעה את HDMI להפוך לאחד הפורמטים הנפוצים ביותר כיום עבור העברת אותות אודיו-וידאו הן בבית והן במקום העבודה. מאמר זה יבחן מקרוב את ההתקדמות המתמשכת של תקני HDMI, סוגי מחברים, יכולות, ועוד.

סקירת תקני HDMI‏

מאז השקתו בשנת 2002, תקן HDMI המקורי עבר תריסר עדכונים, שכל אחד מהם מציע שיפורים כגון מהירות גבוהה יותר, רוחב-פס רחב יותר, רזולוציה משופרת, תמיכה בפורמטים של שידור חדשים ומידות מחברים מרובות.

פותח לראשונה על ידי פורום HDMI, ה-HDMI 1.0 נועד ליעל את סבך הכבלים הדרושים להעברת אודיו ווידאו תוך שיפור הפונקציונליות. מפרט זה תאר את היכולות הבסיסיות של כבל יחיד, מערכת ממשק מחבר אודיו ווידאו דיגיטלי. במרוצת הזמן, טכנולוגיית HDMI התפתחה לממשק הדיגיטלי העיקרי, שמחבר באופן חלק צגים בעלי רזולוציה אולטרה-גבוהה עם מספר עצום של מוצרי צריכה אלקטרוניים, מחשבים אישיים, התקנים ניידים, מכוניות, ציוד אודיו-וידאו מסחרי, ועוד.

האיטרציה האחרונה של התקן, HDMI 2.1, הוצגה בנובמבר 2017‏ ותומכת במגוון רזולוציות וידאו וקצבי רענון גבוהים יותר, המגיעים עד 10K‏. נוסף לכך, היא משלבת תמיכה בפורמטים של טווח דינמי גבוה (High Dynamic Range‏ (HDR)) ומתהדרת ביכולות רוחב-פס של עד Gbps‏ 48‏. יש לציין כי למרות התקדמות זו, המחבר הפיזי עצמו נותר ללא שינוי.

טבלה 1‏: התקדמות ומפרטי תקני HDMI (מקור תמונה: Same Sky)

סוגי מחבר נפוצים

כבל HDMI מורכב ממספר זוגות חוטים שזורים מסוככים האחראים על העברת אות הווידאו, לצד מוליכים בודדים לאספקת כוח, הארקה וערוצי תקשורת התקן נוספים למהירויות נמוכות יותר. מחברי HDMI‏ משמשים לסיום הכבל וליצירת חיבורים עם המכשירים שבשימוש. מחברים אלה מציגים צורה‏ טרפזית, כוללים כיפוף פנימה בשתי פינות כדי להקל על יישור מדויק במהלך החדרה ונושאים דמיון מסוים למחברי USB. תקן ה-HDMI‏ כולל חמישה סוגי מחברים שונים (איור 2‏):

• Type A‏ (סטנדרטי): מצויד ב-19‏ פינים ושלושה זוגות דיפרנציאליים, מידות מחבר זה הן 13.9 מ"מ x‏ 4.45 מ"מ, עם גרסת הנקבה מעט גדולה יותר. הוא מתהדר בתאימות חשמלית לאחור עם DVI-D.
• Type B‏ (קישור כפול): כולל 29‏ פינים ושישה זוגות דיפרנציאליים, מידות מחבר זה הן 21.2 מ"מ x‏ 4.45 מ"מ, עם גרסת הנקבה מעט גדולה יותר. הוא מיועד לשימוש עם צגים ברזולוציה גבוהה מאוד אך מעולם לא נעשה בו שימוש במוצרים בשל גודלו. הוא גם מקיים תאימות חשמלית לאחור עם DVI-D.
• Type C (מיני): קטן יותר בגודל בהשוואה ל-Type A‏ (סטנדרטי), מידותיו 10.42 מ"מ x‏ 2.42‏ מ"מ, עם זאת כולל את אותה הפונקציונליות כמו תצורת ה-19‏-פינים. הוא מתוכנן עבור התקנים נישאים.
• Type D‏ (Micro‏): בגודל קומפקטי, מידותיו 5.83 מ"מ x‏ ‎20‏.2 מ"מ, ונושא 19‏ פינים. הוא חולק קווי דמיון עם מחברי micro-USB ותפור עבור התקנים ניידים קטנים.
• Type E (לכלי-רכב): מתוכננים עם לשונית נעילה למניעת ניתוק בשל רעידות ומעטה כדי לעמוד בפני לחות ולכלוך. מיועד עבור יישומי רכב, גרסת ממסר זמינה כדי לסייע לממשק עם מוצרי אודיו/וידאו לצרכנים.

כל סוגי המחברים האלה זמינים בגרסאות זכר ונקבה, מציעים גמישות עבור צרכי חיבור שונים. הם יכולים להיות ישרים או בזווית ישרה, עם אוריינטציה אופקית או אנכית. מחברים נקביים משולבים בדרך כלל במקור כמו גם בהתקנים הקולטים. נוסף לכך, מתאמים ומצמדים נגישים בקלות כדי להתאים לתצורות חיבור שונות. עבור יישומים בסביבות תובעניות, זמינות גם גרסאות מחבר קשיחות המבטיחות עמידות ואמינות תחת תנאים קשים.

איור 2: סוגי מחבר HDMI (מקור תמונה: Same Sky)

תצורות‏ פינים HDMI

מלבד Type B, כל סוגי המחבר השונים של HDMI מכילים 19‏ פינים. עם זאת, תצורת הפינים עבור האותות שהם מעבירים משתנה מסוג לסוג. כתוצאה מכך, בתוך סוג מסוים, קיימת תאימות לאחור. עם זאת, חובה לנקוט משנה זהירות במהלך תכנון או הרכבה של כבלים כדי להבטיח שמספרי הפינים הנכונים משמשים עבור אותות שונים. מאחר ומחברים מסוגים שונים אינם יכולים להתחבר, בעיות חיבור-צולב אינן מתעוררות.

איור 3 לעיל מציג תצורת פינים אופיינית של Type A. לפינים אינדיבידואליים יש את היכולת לשאת אותות נתונים, אותות שעון, אספקת-כוח במתח נמוך, אותות בקרה, CEC או HEC.

איור 3: תצורת‏ פינים HDMI (מקור תמונה: Same Sky)

סוגי כבלים נפוצים

כבלי HDMI‏ מוצעים בסוגים שונים, כולל:

• HDMI Category 1 – כבלי מהירות סטנדרטית:
  • סטנדרטי (Category 1): כבל HDMI‏ בסיסי
  • סטנדרטי עם Ethernet‏ (Category 1): זהה לכבל הסטנדרטי אך משלב ערוץ‏ Ethernet‏
  • סטנדרטי לכלי-רכב (Category 1): עומד בדרישות הבסיסיות של כבל אך תפור עבור יישומי רכב
• HDMI Category 2 – כבלי מהירות-גבוהה:
  • מהירות-גבוהה (Category 2): משמש עבור העברת אותות וידאו ברזולוציות גבוהות יותר
  • מהירות גבוהה עם Ethernet‏ (Category 2): דומים לכבלי מהירות-גבוהה אך מצוידים ביכולת Ethernet

שיקולי תכנון סופיים

בפריסת PCB הכוללת התקני HDMI, שיקול דעת זהיר הוא חיוני כדי למתן ערב-דיבור (crosstalk) ולשמור על שלמות אות (signal integrity). יש לשים לב גם לתכנים המשתמשים בזוגות חוטים שזורים. כבלים המשתמשים בזוגות שזורים עלולים לחוות אובדן אות, במיוחד לאורך מרחקים קרובים ל-50 רגל, בשל הנחתה. כדי להגדיל טווח זה, ניתן להשתמש במאריכי טווח HDMI‏ (HDMI extenders) המאפשרים מרחקים של עד 300‏ רגל.

יתר על כן, טכנולוגיית HDMI‏ אינה ‏מתאימה אידיאלית עבור דחיפה בו-זמנית של התקנים מרובים. חסרה לה היכולת להעביר אותות מרובים להתקנים נפרדים ואינה יכולה להעביר בו-זמנית אותות אודיו היקפיים וסטריאופוניים.

סיכום

טכנולוגיית חיבור HDMI‏ משרתת כפתרון מצוין עבור ייעול סבך כבלים ופישוט מערכות תוך מתן מענה בו-זמני לאותות שמע ווידאו באיכות גבוהה וברוחב-פס גבוה. האבולוציה בתוך התקן אפשרה שיפורים במהירות העברת הנתונים, רוחב-הפס והאינטגרציה של מאפיינים חשובים כגון Ethernet. המחברים והכבלים המרכיבים מערכת זו הם נפוצים בתחומים שונים כולל מערכות בידור ביתיות, תקשורת במקום העבודה, ומגזרי המסחר והתעשייה. ל-Same Sky יש מגוון מחברי שקע HDMI כדי לסייע למהנדסים בצורכי תכנון אותות ה-אודיו-וידאו שלהם.