Principes de base des connecteurs HDMI

Les dispositifs qui génèrent une sortie vidéo et audio ont la possibilité de l'afficher sur un écran embarqué ou de transmettre le signal à un moniteur ou un écran externe. Pour ce faire, un système de câble avec connecteurs intégrés est requis.

La première partie de cet article décrit l'évolution des technologies d'interconnexion sur plusieurs années (Figure 1). Tout commence avec l'introduction de la norme RCA composite pour les téléviseurs en 1956, et se poursuit avec l'introduction de S-Vidéo pour les magnétoscopes et les ordinateurs personnels en 1979, puis l'adoption de VGA pour les PC IBM en 1987, et enfin RCA composantes et DVI dans les années 1990. Outre DVI, ces normes utilisaient principalement des connexions par câbles analogiques, permettant la transmission individuelle de signaux audio ou vidéo. En substance, plusieurs câbles étaient requis pour garantir la compatibilité opérationnelle.

Figure 1 : Progression des connecteurs audio et vidéo à travers l'histoire. (Source de l'image : Same Sky)

DVI a fait progresser le domaine en introduisant la prise en charge de la vidéo numérique. Toutefois, les utilisateurs souhaitant le transfert audio et vidéo simultané devaient encore utiliser jusqu'à cinq câbles distincts. Le changement s'est produit avec l'avènement de la norme High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0) en 2002, qui a permis de regrouper ces multiples câbles en un seul.

Cette évolution a permis à la norme HDMI de devenir l'un des formats les plus répandus pour la transmission de signaux audio-vidéo, tant à la maison que sur le lieu de travail. Cet article étudie de plus près la progression continue des normes HDMI, des types de connecteurs, des capacités, et plus.

Aperçu des normes HDMI

Depuis sa création en 2002, la norme HDMI d'origine a connu une douzaine de mises à jour, chacune offrant des améliorations telles qu'une vitesse plus rapide, une bande passante accrue, une résolution améliorée, la prise en charge de nouveaux formats de diffusion et plusieurs tailles de connecteurs.

Initialement développée par le HDMI Forum, la norme HDMI 1.0 visait à rationaliser la prolifération des câbles requis pour la transmission audio et vidéo tout en améliorant les fonctionnalités. Cette spécification décrivait les capacités fondamentales d'un système d'interface à connecteur vidéo et audio numérique et à câble unique. Au fil du temps, la technologie HDMI est devenue la principale interface numérique, connectant de manière transparente des écrans ultra-haute-définition à une myriade d'appareils électroniques grand public, d'ordinateurs, de dispositifs mobiles, d'automobiles, d'équipements audiovisuels commerciaux et bien plus encore.

L'itération la plus récente de la norme, HDMI 2.1, a été introduite en novembre 2017 et prend en charge un ensemble de résolutions vidéo et de taux de rafraîchissement plus élevés, atteignant 10K. De plus, elle intègre la prise en charge des formats High Dynamic Range (HDR) et offre des capacités de bande passante jusqu'à 48 Gbps. Malgré ces avancées, le connecteur physique reste inchangé.

Tableau 1 : Évolution et spécifications des normes HDMI. (Source de l'image : Same Sky)

Types de connecteurs courants

Un câble HDMI comprend plusieurs paires torsadées blindées responsables de la transmission du signal vidéo, ainsi que des conducteurs individuels pour l'alimentation, la terre et des canaux de communication de dispositifs basse vitesse supplémentaires. Les connecteurs HDMI servent à terminer le câble et à établir des connexions avec les dispositifs utilisés. Ces connecteurs présentent une forme trapézoïdale, avec des indentations sur deux coins pour faciliter l'alignement précis lors de l'insertion, et ressemblent quelque peu aux connecteurs USB. La norme HDMI englobe cinq types de connecteurs distincts (Figure 2) :

• Type A (Standard) : Équipé de 19 broches et de trois paires différentielles, ce connecteur mesure 13,9 mm x 4,45 mm, la version femelle étant légèrement plus grande. Il bénéficie d'une rétrocompatibilité électrique avec DVI-D.
• Type B (Dual Link) : Intégrant 29 broches et six paires différentielles, ce connecteur mesure 21,2 mm x 4,45 mm. Il est destiné à être utilisé avec des écrans à très haute résolution mais n'a jamais été utilisé dans des produits en raison de sa taille. Il maintient également une rétrocompatibilité électrique avec DVI-D.
• Type C (Mini) : De taille plus compacte que le type A (Standard), mesurant 10,42 mm x 2,42 mm, et présentant les mêmes fonctionnalités et la même configuration à 19 broches. Il est conçu pour les appareils portables.
• Type D (Micro) : De taille compacte, mesurant 5,83 mm x 2,20 mm et comportant 19 broches. Il partage des similitudes avec les connecteurs micro-USB et est conçu pour les petits appareils portables.
• Type E (automobile) : Conçu avec une languette de verrouillage pour empêcher la déconnexion induite par les vibrations et avec une coque pour résister à l'humidité et à la saleté. Pour les applications automobiles, une version à relais est disponible pour faciliter l'interface avec les produits A/V grand public.

Tous ces types de connecteurs sont disponibles en versions mâle et femelle, offrant une flexibilité pour différents besoins de connexion. Ils peuvent être droits ou à angle droit, avec des orientations horizontale ou verticale. Les connecteurs femelles sont généralement intégrés aux dispositifs sources et récepteurs. De plus, des adaptateurs et des coupleurs sont facilement accessibles pour s'adapter à différentes configurations de connexion. Pour les applications en environnements exigeants, des connecteurs renforcés sont également disponibles, garantissant durabilité et fiabilité en conditions difficiles.

Figure 2 : Types de connecteurs HDMI. (Source de l'image : Same Sky)

Configurations des broches HDMI

À l'exception du type B, les différents types de connecteurs HDMI contiennent tous 19 broches. Cependant, la configuration des broches pour les signaux qu'ils transmettent varie d'un type à l'autre. Par conséquent, il existe une rétrocompatibilité au sein d'un type donné. Il est donc impératif de faire preuve de prudence lors de la conception ou de l'assemblage du câble afin de garantir que les numéros de broches corrects sont utilisés pour les différents signaux. Étant donné que les connecteurs de différents types ne peuvent pas être connectés entre eux, les problèmes de connexion croisée ne se posent pas.

La Figure 3 ci-dessous illustre une configuration typique des broches de type A. Les broches individuelles ont la capacité de transmettre des signaux de données, des signaux d'horloge, une alimentation basse tension, des signaux de commande, CEC ou HEC.

Figure 3 : Configuration des broches HDMI. (Source de l'image : Same Sky)

Types de câbles courants

Les câbles HDMI sont proposés en différents types, notamment :

• HDMI Catégorie 1 – Câbles à vitesse standard :
  • Standard (Catégorie 1) : câble HDMI de base
  • Standard avec Ethernet (Catégorie 1) : identique au câble standard mais intègre un canal Ethernet
  • Standard automobile (Catégorie 1) : répond aux exigences du câble de base mais est adapté aux applications automobiles
• HDMI Catégorie 2 – Câbles haute vitesse :
  • Haute vitesse (Catégorie 2) : utilisé pour transmettre des signaux vidéo de plus haute résolution
  • Haute vitesse avec Ethernet (Catégorie 2) : similaire aux câbles haute vitesse mais équipé de la capacité Ethernet

Considérations relatives à la conception finale

Dans une configuration de circuit imprimé impliquant des dispositifs HDMI, une attention particulière est essentielle pour atténuer la diaphonie et maintenir l'intégrité des signaux. Il convient également de prêter attention aux conceptions utilisant des paires torsadées. Les câbles utilisant des paires torsadées peuvent subir une perte de signal, en particulier sur des distances proches de 15 mètres, en raison de l'atténuation. Pour étendre cette portée, des prolongateurs HDMI peuvent être utilisés, permettant des distances jusqu'à 90 mètres.

De plus, la technologie HDMI n'est pas idéale pour commander simultanément plusieurs dispositifs. Elle n'a pas la capacité de transmettre plusieurs signaux à des dispositifs séparés et ne peut pas transmettre simultanément des signaux audio surround et stéréo.

Conclusion

La technologie de connexion HDMI constitue une excellente solution pour rationaliser la prolifération des câbles et simplifier les systèmes tout en prenant en charge simultanément des signaux audio et vidéo à large bande passante haute qualité. L'évolution de la norme a permis d'améliorer la vitesse de transfert de données et la bande passante, et d'intégrer des fonctions importantes telles qu'Ethernet. Les connecteurs et câbles qui composent ce système sont largement utilisés dans différents domaines tels que le divertissement à domicile, les communications sur le lieu de travail et les secteurs commerciaux et industriels. Same Sky propose une variété de connecteurs HDMI pour répondre aux besoins des ingénieurs en matière de développement de signaux AV.