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PCB HDMI connettori (connettori standard, mini e micro) sono adatti a vari dispositivi. Quando si aggiunge l'HDMI a una scheda, occorre tenere conto dei seguenti elementi tipo di connettore, montaggio e interoperabilità con altre interfacce (ad esempio da USB Tipo-C a HDMI). Questa guida di elepcb copre diverse opzioni per i connettori HDMI e il loro utilizzo nei circuiti stampati. design.
Cos'è l'HDMI?
Definizione di HDMI
HDMI sta per Interfaccia multimediale ad alta definizioneed è uno standard di interfaccia in termini digitali che è ampiamente utilizzato con l'erogazione di video e audio.
Piedinatura HDMI
Il piedinatura del HDMI interfaccia sono anch'essi definiti in modo specifico. Ad esempio, la figura della piedinatura della specifica HDMI 2.1a indica la funzione di ogni pin e così via. Come nel caso del pin TMDS Clock Pair, dove Il pin 10 è positivo (P) e Il pin 12 è negativo (N), che svolge un'importante funzione di identificazione del controllo dell'orologio.
Inoltre, il Funzione CEC spillo è anche indicato come Pin13e la funzione CEC può essere utilizzata per offrire il controllo inter-dispositivo, cioè l'utilizzo di un unico telecomando per controllare più dispositivi in una connessione HDMI.
Caratteristiche elettriche HDMI
Esistono alcune specifiche elettriche per ogni pin, ad esempio il livello del segnale, l'impedenza, ecc. Le specifiche elettriche di ogni pin HDMI sono elencate nella tabella seguente.
| PIN NUM | SPECIFICA |
| 1 | Dati TMDS2+ |
| 2 | Schermatura TMDS Data2 |
| 3 | Dati TMDS2- |
| 4 | Dati TMDS1+ |
| 5 | Schermatura TMDS Data1 |
| 6 | Dati TMDS1- |
| 7 | TMDS Dati0+ |
| 8 | Schermatura TMDS Data0 |
| 9 | Dati TMDS0- |
| 10 | Orologio TMDS+ |
| 11 | Schermatura orologio TMDS |
| 12 | Orologio TMDS. |
| 13 | CEC (Controllo dell'elettronica di consumo) |
| 14 | Riservato |
| 15 | OROLOGIO DDC |
| 16 | DATI DDC |
| 17 | TERRA |
| 18 | 5 VDC |
| 19 | RILEVAMENTO DELLA SPINA CALDA |
Per preservare integrità del segnale, uno stato come l'impedenza differenziale di 100 ohm è necessario durante la trasmissione. In assenza di specifiche elettriche, in particolare durante la trasmissione di segnali HDMI su lunghe distanze, il degrado e la distorsione del segnale saranno alcuni dei problemi che si presenteranno, degradando così l'audio e il video.
Versione HDMI
| Versione | Caratteristiche principali |
| Il più precoce | Supporta la trasmissione video a bassa risoluzione |
| HDMI 1.4 | Inizia a supportare la trasmissione di video 4K |
| HDMI 2.0 | Larghezza di banda aggiuntiva per lo streaming di video 4K a 60 Hz. |
| HDMI 2.1 | Larghezza di banda molto più ampia per il trasporto di segnali video 8K e segnali video con frequenza di aggiornamento maggiore |
Connettori HDMI per PCB
I connettori HDMI hanno dimensioni diverse che vanno da Standard, da Mini a Micro HDMI. Sono destinati a scopi diversi in base ai vincoli di dimensione e ai requisiti di prestazione.
HDMI standard (tipo A)
Si tratta del connettore HDMI più comune, utilizzato in televisori, monitor, sistemi home theater, e gioco console. Può supportare video e audio ad alta definizione ed è altamente compatibile con tutte le periferiche.
Mini HDMI (Tipo C)
Avendo il vantaggio di tecnologia all'avanguardia da utilizzare su piccoli gadget elettroniciIl connettore è di dimensioni ridotte rispetto al connettore HDMI standard, ma è in grado di trasferire suoni e immagini di pari qualità. Il mini HDMI è solitamente integrato in tablet, dispositivi portatili e fotocamere digitali.
Micro HDMI
(Tipo D)
Micro HDMI è il più piccolo del gruppo, tipicamente impiegata su dispositivi molto sottili come smartphone e prodotti di piccolo formato. Pur essendo di dimensioni estremamente ridotte, è in grado di trasferire video ad alta definizione.
| TIPO | SPECIFICHE | DIMENSIONI | APPLICAZIONE | Larghezza di banda di trasmissione |
| HDMI standard | 19 PIN, Supporta il trasferimento di dati ad alta larghezza di banda Risoluzione tipica supportata: fino a 4K (3840 x 2160) a 60Hz o superiore | 13,3 mm x 4,45 mm | Proiettori, TV, Lettori Bluray, ecc. | Fino a 18 Gbps (HDMI 2.1) |
| Mini HDMI | 19 PIN, Consumo energetico inferiore rispetto all'HDMI standard Larghezza di banda moderata per i dispositivi più piccoli | 10,42 mm x 2,42 mm | Tablet, alcuni lettori multimediali portatili | Fino a 10,2 Gbps (HDMI 2.0) |
| Micro HDMI | 19 PIN, Progettato per dispositivi molto piccoli Capacità limitate in termini di potenza e larghezza di banda | 6,4 mm x 2,8 mm | Fotocamere digitali, alcuni piccoli dispositivi portatili | Fino a 5 Gbps (HDMI 1.4) |
Tipi di opzioni di montaggio HDMI
La scelta dell'opzione di montaggio appropriata è fondamentale per garantire affidabilità e durata di vita.
Montaggio con foro passante
Questa forma di montaggio offre la massima meccanico stabilità con una grande resistenza ed è quindi perfettamente adatto per le applicazioni in cui è necessaria la durata. In questo caso, i conduttori dei connettori sono filettato attraverso il pretrapanobuchi ed all'interno del PCB e saldareinsieme, offrendo una maggiore resistenza alle sollecitazioni provenienti dalla meccanica e da fattori esterni.
Connettore HDMI a montaggio superficiale (SMD)
I connettori SMT sono utilizzati per PCB di piccole dimensioni quando lo spazio è prezioso. Connettori SMD sono saldato direttamente al superficie del circuito stampato piuttosto che essere montati in un foro, quindi non è necessario creare fori. Occupa meno spazio ed è ideale per i dispositivi elettronici leggeri che devono essere portatili.
Montaggio ibrido Connettore HDMI
Questo stile di montaggio combina foro passante e montaggio in superficie per una durata superiore. Questo stile consente di ottenere una forte rigidità meccanica con un utilizzo minimo dello spazio; pertanto, è una scelta migliore per applicazioni dove sono richieste prestazioni elevate.
Considerazioni sulla progettazione
di connettore HDMI per PCB
Caso1: Design del PCB della serie AMD Radeon RX 6000
Focus sulla progettazione: integrità del segnale e instradamento HDMI 2.1
Durante il HDMI 2.1 testGli ingegneri AMD avevano riscontrato un jitter anomalo del segnale (0.25 UI) nei primi campioni di GPU RX 6000. Si tratta di un valore superiore a quello della 0,15 UI soglia stabilita nel Specifiche HDMI CTS 2.1. Hanno esaminato il problema e si sono resi conto che si trattava di coppie differenziali TMDS instradate in modo incoerente. Queste erano state specificate a un ±15 mil tolleranza e la variazione di impedenza introdotta.
Soluzione: Ottimizzare le coppie differenziali
- Disadattamento della lunghezza intracoppia ridotto a ±5 mil utilizzando il set di strumenti xSignals di Altium Designer.
- Aggiunta di una maggiore schermatura di terra tra le coppie per ridurre la diafonia, come convalidato dalle simulazioni ANSYS HFSS.
- Utilizzato Rogers 4350B laminato (εr=3,48) a mantenere un'impedenza differenziale di 100Ω ±3% (secondo IPC-2141A).
Risultati
- Le misure TDR successive all'ottimizzazione hanno mostrato una variazione di impedenza di meno di 5% (rispetto al precedente 12%).
- Diagrammi oculari a 12 Gbps migliorato da 40%, conforme alla norma HDMI 2.1.
Caso 2: Sony PlayStation 5 HDMI CEC
Focus sul design: Implementazione della piedinatura HDMI e protezione ESD
Guasti casuali di HDMI-CEC sulle prime schede di sviluppo di PS5. Il reverse engineering di EEVblog ha identificato un PCB breve tra Spillo 14 (CEC) e pin 17 (DDC_SCL). Il cortocircuito è dovuto alla non conformità con lo standard di piedinatura dei connettori di Classe A di HDMI Licensing.
Soluzioni: Riprogettazione del pinout HDMI
- Distanza esterna tra i pad e i pad a 0,5 mm da 0,3 mm (compatibile con JEDEC JESD22-A114F).
- Aggiunte tracce di protezione per collegare i pin sensibili alla massa del telaio.
Aggiornamento della protezione ESD
- Dotato di diodi ESD Bourns CDSOD323-T05LC. Soddisfano i requisiti della norma IEC 61000-4-2 Livello 4 e si posizionano intorno a 1,5 mm dal connettore HDMI.
- Il test ESD dopo la revisione è stato un successo di ±15 kV aria/±8 kV livelli di scarico a contatto.
Suggerimenti per l'HDMI Terminazione Schema di cablaggio e layout
1. Controllo dell'impedenza
Fornire Impedenza 50Ω (±10%) per segnali single-ended e 100Ω (±10%) per coppie differenziali. Dove sono necessarie transizioni di strato, limitare la variazione di impedenza a <10% e posizionare GND vias vicino ai punti di transizione per offrire percorsi di ritorno ininterrotti.
2. Impilamento dei livelli
Posare prima gli strati interni con piani GND di riferimento completi. Per le tracce degli strati superficiali, utilizzare la schermatura di terra (Tracce di protezione larghe 0,5 mm con larghezza di linea 2× ) con il GND tramite ≤200mil distanziati lungo le linee di schermatura.
3. Segnale differenziale
Mantenere Spaziatura ≥15mil tra coppie differenziali.
Obbedire Regola dei 5W spaziatura all'interno della coppia (W = larghezza della traccia). Tolleranza in corrispondenza della lunghezza: ±5mil all'interno della coppia, ≤10mil tra le coppie.
Utilizzare la messa a punto della serpentina con Linea ≥3× per ridurre al minimo la diafonia.
4. Lunghezza della traccia
Lunghezza della traccia <5 pollici (meglio <3inch). Limitare i vias a ≤2 per coppia differenziale. Posizionare il cavo lontano dai connettori almeno 1 cm e utilizzare il retro...perforazione processo di eliminazione degli stub.
5. Protezione ESD
Posizionare i dispositivi di protezione ESD ≤3mm da HDMI connettore (si consiglia un array TVS). Collegare direttamente i pin di terra del dispositivo di protezione alla terra del sistema tramite vias dedicate. (diametro ≥0,3 mm)) senza percorsi di terra comuni.
6. Topologia di terminazione
Implementare la terminazione della sorgente con π-rete (Serie 22Ω resistore + 2.2pF condensatore di bypass). Tappetini di riserva per AC condensatori di accoppiamento (100nF/0402). Su lunghezze maggiori, inserire delle induttanze di modo comune sul lato del ricevitore.
7. Testabilità
Fornire un diametro di 0,8 mm TIC punti di prova ≥5 mm di distanza dal connettore, terminato con diramazioni a 45°. Fornire coupon per il test di impedenza con 50Ω single-ended e 100Ω strutture differenziali per la verifica TDR.
8. Altri
- Tutti i parametri importanti devono essere confermati con misure TDR.
- Intervallo di frequenza di test consigliato: Da 100MHz a 4GHz per il test di conformità HDMI 2.0 completo.
Conclusione
Scegliere il modello appropriato HDMI connettore per PCB è una funzione di requisiti del dispositivo, disponibilità di spazio e necessità di montaggio. I connettori HDMI sono una componente integrante dei moderni sistemi di elettronica, facilitando la trasmissione senza sforzo di segnali ad alta definizione.
Per ulteriori dettagli tecnici o richieste di progettazione personalizzata, si prega di contattare contatto il team di ingegneri ELEPCB!
Domande frequenti
A1: Gli adattatori e i convertitori da USB Tipo C a HDMI servono a facilitare l'uso di dispositivi supportati dal Tipo C per collegarsi ad apparecchiature di visualizzazione che utilizzano la porta HDMI per la trasmissione di video ad alta definizione e audio. È un dispositivo ad alta risoluzione, ad alta velocità di trasferimento dati e plug-and-play. È adatto a contesti di intrattenimento, come la visione di film e giochi su grande schermo, e di lavoro, come le presentazioni su grande schermo.
Riferimenti
[1] IEEE 930-2021. "Caratterizzazione dei materiali dielettrici". DOI: 10.1109/IEEESTD.2021.9619086
[2] Specifica HDMI 2.1. §6.3.Disponibile: https://www.hdmi.org/spec/hdmi2_1
[3] Sony. US20230198721A1. Modifiche al layout. https://patentcenter.uspto.gov/applications/17926644
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