Conceptos básicos de los conectores HDMI

Los dispositivos que generan salida de video y audio tienen la opción de mostrarla en una pantalla integrada o transmitir la señal a un monitor o pantalla externos. Para conseguir esto último, se necesita un sistema de cables con conectores integrados.

Esta sección del artículo describe la evolución de la tecnología de interconexión a lo largo de varios años (Figura 1). Comienza con la introducción de la norma Composite RCA para televisores en 1956, pasa por la adopción de S-Video para videograbadoras y computadoras domésticas en 1979 y llega a VGA para PC IBM en 1987. Posteriormente, avanza hacia el RCA por componentes y el DVI durante la década de 1990. Aparte de DVI, estos estándares utilizaban principalmente conexiones por cable analógico, que permitían la transmisión de señales de audio o video de forma individual. En esencia, se necesitaban varios cables para garantizar la compatibilidad operativa.

Imagen 1: Progresión de los conectores de audio y video a lo largo de la historia (Fuente de la imagen: Same Sky)

DVI avanzó en este campo al introducir la compatibilidad con el video digital. Sin embargo, los usuarios que querían transferir simultáneamente audio y video seguían teniendo que recurrir a utilizar hasta cinco cables distintos. El gran avance se produjo con la llegada de la norma de interfaz multimedia de alta definición (HDMI 1.0) en 2002, que unificó estos múltiples cables en uno solo.

Esta evolución ha llevado a HDMI a convertirse en uno de los formatos más utilizados para la transferencia de señales de audio y video tanto en el hogar como en el lugar de trabajo. En este artículo se analiza la evolución de las normas HDMI, los tipos de conectores, sus posibilidades y mucho más.

Visión general de las normas HDMI

Desde su creación en 2002, el estándar HDMI original ha sido objeto de una docena de actualizaciones, cada una de las cuales ofrece mejoras como mayor velocidad, mayor ancho de banda, mejor resolución, compatibilidad con nuevos formatos de emisión y múltiples tamaños de conectores.

Desarrollada inicialmente por el Foro HDMI, HDMI 1.0 pretendía simplificar la maraña de cables necesarios para la transmisión de audio y video, al tiempo que mejoraba la funcionalidad. Esta especificación describe las capacidades fundamentales de un sistema de interfaz de conectores de video, audio digital y cable único. Con el tiempo, la tecnología HDMI ha evolucionado hasta convertirse en la principal interfaz digital, conectando a la perfección pantallas de ultra alta definición con una miríada de aparatos electrónicos de consumo, PC, dispositivos móviles, automóviles, equipos audiovisuales comerciales y mucho más.

La iteración más reciente de la norma, HDMI 2.1, se introdujo en noviembre de 2017 y admite una matriz de resoluciones de vídeo y frecuencias de actualización más altas, que llegan hasta 10K. Además, incorpora compatibilidad con formatos de alto rango dinámico (HDR) y cuenta con capacidades de ancho de banda de hasta 48 Gbps. A pesar de estos avances, el conector físico no ha cambiado.

Tabla 1: Progresión y especificaciones de las normas HDMI (Fuente de la imagen: Same Sky)

Tipos de conectores comunes

Un cable HDMI consta de varios pares trenzados apantallados responsables de la transmisión de la señal de vídeo, junto con conductores individuales para la alimentación, la toma de tierra y canales adicionales de comunicación con dispositivos de menor velocidad. Los conectores HDMI sirven para terminar el cable y establecer conexiones con los dispositivos en uso. Estos conectores tienen forma trapezoidal, con hendiduras en dos esquinas para facilitar la alineación precisa durante la inserción y guardan cierto parecido con los conectores USB. La norma HDMI abarca cinco tipos de conectores distintos (Figura 2):

• Tipo A (estándar): Equipado con 19 pines y tres pares diferenciales, este conector mide 13.9 mm x 4.45 mm, siendo la versión hembra ligeramente más grande. TI ofrece compatibilidad eléctrica con DVI-D.
• Tipo B (Doble Enlace): Con 29 pines y seis pares diferenciales, este conector mide 21.2 mm x 4.45 mm. Está pensado para su uso con pantallas de muy alta resolución, pero nunca se ha empleado en productos debido a su tamaño. También mantiene la compatibilidad eléctrica con DVI-D.
• Tipo C (Mini): De menor tamaño que el Tipo A (estándar), con unas dimensiones de 10.42 mm x 2.42 mm, pero con la misma funcionalidad y configuración de 19 clavijas. Está diseñado para dispositivos portátiles.
• Tipo D (MICRO): De tamaño compacto, mide 5.83 mm x 2.20 mm y lleva 19 pines. Comparte similitudes con los conectores micro-USB y está diseñado para dispositivos portátiles pequeños.
• Tipo E (automoción): Diseñado con una lengüeta de bloqueo para evitar la desconexión inducida por vibraciones y una carcasa resistente a la humedad y la suciedad. Destinado a aplicaciones de automoción, existe una versión con relé para facilitar la interfaz con productos de A/V de consumo.

Todos estos tipos de conectores están disponibles en versiones macho y hembra, lo que ofrece flexibilidad para diversas necesidades de conexión. Pueden ser rectos o en ángulo recto, con orientaciones horizontales o verticales. Los conectores hembra suelen estar integrados tanto en el dispositivo de origen como en el de recepción. Además, los adaptadores y acopladores son fácilmente accesibles para adaptarse a diferentes configuraciones de conexión. Para aplicaciones en entornos exigentes, también hay disponibles versiones de conectores resistentes, que garantizan la durabilidad y fiabilidad en condiciones difíciles.

Figura 2: Tipos de conectores HDMI (Fuente de la imagen: Same Sky)

Configuraciones de pines HDMI

Excepto el tipo B, todos los tipos de conectores HDMI contienen 19 clavijas. Sin embargo, la configuración de los pines/clavijas para las señales que transmiten varía de un tipo a otro. Por consiguiente, dentro de un tipo específico, existe compatibilidad con versiones anteriores. Sin embargo, es imprescindible tener cuidado durante el diseño o ensamblaje de los cables para asegurarse de que se utilizan los números de pin/clavija correctos para las distintas señales. Dado que los conectores de distintos tipos no pueden interconectarse, no surgen problemas de conexión cruzada.

La figura 3 ilustra una configuración típica de pines de tipo A. Los pines individuales tienen capacidad para transportar señales de datos, señales de reloj, voltaje bajo, señales de control, CEC o HEC.

Imagen 3: Configuración de pines HDMI (Fuente de la imagen: Same Sky)

Tipos de cable habituales

Los cables HDMI se ofrecen en varios tipos, entre ellos:

• HDMI Categoría 1 - Cables de velocidad estándar:
  • Estándar (Categoría 1): Cable HDMI básico
  • Estándar con Ethernet (Categoría 1): Idéntico al cable estándar pero incorpora un canal Ethernet.
  • Estándar para automoción (Categoría 1): Cumple los requisitos básicos de los cables, pero adaptados para aplicaciones de automoción.
• HDMI Categoría 2 - Cables de alta velocidad:
  • Alta velocidad (Categoría 2): Se utiliza para transmitir señales de vídeo de alta resolución.
  • Alta velocidad con Ethernet (Categoría 2): Similar a los cables de alta velocidad pero equipado con capacidad Ethernet.

Consideraciones sobre el diseño final

En un diseño de PCB que incluya dispositivos HDMI, es esencial prestar especial atención para mitigar la diafonía y mantener la integridad de la señal. También debe prestarse atención a los diseños que emplean pares trenzados de cables. Los cables que utilizan pares trenzados pueden sufrir pérdidas de señal, especialmente en distancias cercanas a los 15 metros, debido a la atenuación. Para ampliar este alcance, se pueden emplear extensores HDMI, que permiten distancias de hasta 300 pies.

Además, la tecnología HDMI no es ideal para controlar simultáneamente varios dispositivos. Carece de capacidad para transmitir múltiples señales a dispositivos independientes y no puede transmitir simultáneamente señales de audio envolvente y estéreo.

Conclusión:

La tecnología de conexión HDMI es una solución excelente para racionalizar el desorden de cables y simplificar los sistemas, al tiempo que admite simultáneamente señales de audio y video de alta calidad y gran ancho de banda. La evolución de la norma ha facilitado mejoras en la velocidad de transferencia de datos, el ancho de banda y la integración de importantes características como Ethernet. Los conectores y cables que constituyen este sistema están presentes en diversos ámbitos, como el ocio doméstico, las comunicaciones en el lugar de trabajo y los sectores comercial e industrial. Same Sky dispone de una gama de conectores de receptáculo HDMI para ayudar a los ingenieros en sus necesidades de diseño de señales AV.