ข้อมูลพื้นฐานของตัวเชื่อมต่อ HDMI

อุปกรณ์ที่สร้างทั้งเอาต์พุตวิดีโอและเสียงมีตัวเลือกในการแสดงบนหน้าจอออนบอร์ดหรือส่งสัญญาณไปยังจอภาพหรือจอแสดงผลภายนอก เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณไปยังหน้าจอภายนอกได้ จำเป็นต้องมีระบบเคเบิลที่มีตัวเชื่อมต่อในตัว

ส่วนของบทความนี้จะสรุปวิวัฒนาการของเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างกันในช่วงหลายปีที่ผ่านมา (รูปที่ 1) เริ่มต้นด้วยการแนะนำมาตรฐาน Composite RCA สำหรับโทรทัศน์ในปี 1956 ที่มีความก้าวหน้าผ่านการนำ S-Video สำหรับ VCR และคอมพิวเตอร์ที่ใช้ที่บ้านมาใช้ในปี 1979 และยอมรับ VGA สำหรับพีซี IBM ในปี 1987 ต่อมาได้พัฒนาไปสู่ Component RCA และ DVI ในช่วงทศวรรษ 1990 นอกเหนือจาก DVI แล้ว มาตรฐานเหล่านี้ยังใช้การเชื่อมต่อสายเคเบิลแอนะล็อกเป็นหลัก เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณเสียงหรือวิดีโอแยกกันได้ โดยพื้นฐานแล้ว จำเป็นต้องใช้สายเคเบิลหลายเส้นเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถใช้งานร่วมกันได้

รูปที่ 1: ความก้าวหน้าของตัวเชื่อมต่อเสียงและวิดีโอ(แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

DVI ก้าวหน้าในด้านนี้ด้วยการแนะนำการรองรับวิดีโอดิจิทัล อย่างไรก็ตาม ผู้ใช้ที่ต้องการถ่ายโอนทั้งเสียงและวิดีโอพร้อมกันยังคงต้องใช้สายเคเบิลแยกกันถึงห้าเส้น ความก้าวหน้านี้มาพร้อมกับการถือกำเนิดของมาตรฐาน High-Definition Multimedia Interface (HDMI 1.0) ในปี 2002 ซึ่งรวมสายเคเบิลหลายสายเหล่านี้ไว้ในสายเดียว

วิวัฒนาการนี้ผลักดันให้ HDMI เป็นหนึ่งในรูปแบบที่แพร่หลายมากที่สุดสำหรับการถ่ายโอนสัญญาณเสียงและวิดีโอทั้งในบ้านและที่ทำงานในปัจจุบัน บทความนี้จะเจาะลึกถึงความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของมาตรฐาน HDMI ประเภทตัวเชื่อมต่อ ความสามารถ และอื่นๆ อีกมากมาย

ภาพรวมมาตรฐาน HDMI

นับตั้งแต่ก่อตั้งในปี 2002 มาตรฐาน HDMI ดั้งเดิมผ่านการอัปเดตหลายสิบครั้ง โดยแต่ละครั้งมีการปรับปรุงต่างๆ เช่น ความเร็วที่แรงขึ้น แบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้น ความละเอียดที่ดียิ่งขึ้น รองรับรูปแบบการออกอากาศใหม่ และขนาดตัวเชื่อมต่อหลายขนาด

HDMI 1.0 ได้รับการพัฒนาครั้งแรกโดยฟอรัม HDMI โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงความยุ่งเหยิงของสายเคเบิลที่จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณเสียงและวิดีโอในขณะที่ปรับปรุงฟังก์ชันการทำงาน ข้อมูลจำเพาะนี้สรุปความสามารถพื้นฐานของระบบอินเทอร์เฟซตัวเชื่อมต่อเสียงดิจิทัล และวิดีโอแบบสายเคเบิลเส้นเดียว เมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยี HDMI ได้พัฒนาไปสู่อินเทอร์เฟซดิจิทัลหลัก โดยเชื่อมต่อจอแสดงผลความละเอียดสูงพิเศษเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานทั่วไป พีซี อุปกรณ์เคลื่อนที่ รถยนต์ อุปกรณ์ AV เชิงพาณิชย์ และอื่นๆ อีกมากมายได้อย่างราบรื่น

ล่าสุด มาตรฐาน HDMI 2.1 ได้เปิดตัวในเดือนพฤศจิกายน 2017 และรองรับความละเอียดวิดีโอและอัตราการรีเฟรชที่สูงขึ้นถึง 10K นอกจากนี้ยังรวมการรองรับรูปแบบ High Dynamic Range (HDR) และรองรับแบนด์วิธสูงถึง 48 Gbps แม้จะมีความก้าวหน้าเหล่านี้ แต่ลักษณะตัวเชื่อมต่อยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ตารางที่ 1: ความก้าวหน้าและข้อมูลจำเพาะของมาตรฐาน HDMI (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

ประเภทตัวเชื่อมต่อทั่วไป

สาย HDMI ประกอบด้วยสายคู่บิดเกลียวหุ้มฉนวนหลายเส้นซึ่งทำหน้าที่ส่งสัญญาณวิดีโอ ควบคู่ไปกับตัวนำไฟฟ้า สายกราวด์ และช่องสื่อสารอื่นๆ ของอุปกรณ์ความเร็วต่ำ ตัวเชื่อมต่อ HDMI ทำหน้าที่ต่อสายและสร้างการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่ใช้งาน ตัวเชื่อมต่อนี้มีรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู โดยมีการเยื้องที่มุมทั้งสองเพื่อให้การเสียบเข้ากับอุปกรณ์ได้อย่างแม่นยำ และมีความคล้ายคลึงกับตัวเชื่อมต่อ USB มาตรฐาน HDMI ครอบคลุมประเภทตัวเชื่อมต่อที่แตกต่างกันห้าประเภท (รูปที่ 2):

• Type A (มาตรฐาน): ตัวเชื่อมต่อนี้ประกอบด้วยพิน 19 พินและดิฟเฟอเรนเชียล 3 คู่ โดยมีขนาด 13.9 มม. x 4.45 มม. โดยเวอร์ชันตัวเมียจะใหญ่กว่าเล็กน้อย มีความเข้ากันได้ทางไฟฟ้าแบบย้อนหลังกับ DVI-D
• Type B (ลิงค์คู่): ประกอบด้วยพิน 29 พินและดิฟเฟอเรนเชียล 6 คู่ ตัวเชื่อมต่อนี้มีขนาด 21.2 มม. x 4.45 มม. มีไว้สำหรับใช้กับจอแสดงผลที่มีความละเอียดสูงมาก แต่ไม่เคยใช้กับผลิตภัณฑ์เนื่องจากขนาดของมัน นอกจากนี้ยังรักษาความเข้ากันได้ทางไฟฟ้าแบบย้อนหลังกับ DVI-D
• Type C (มินิ): ขนาดเล็กกว่าเมื่อเทียบกับ Type A (มาตรฐาน) ขนาด 10.42 มม. x 2.42 มม. แต่มีฟังก์ชันการทำงานแบบเดียวกันและการกำหนดค่า 19 พิน มันถูกออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์พกพา
• Type D (ไมโคร): ขนาดกะทัดรัด วัดได้ 5.83 มม. x 2.20 มม. และมีหมุด 19 อัน มีความคล้ายคลึงกันกับตัวเชื่อมต่อ micro-USB และได้รับการปรับแต่งสำหรับอุปกรณ์พกพาขนาดเล็ก
• Type E (ยานยนต์): ออกแบบมาให้มีแถบล็อคเพื่อป้องกันการขาดการเชื่อมต่อที่เกิดจากแรงสั่นสะเทือน และเปลือกเพื่อป้องกันความชื้นและสิ่งสกปรก มีไว้สำหรับการใช้งานในยานยนต์ มีเวอร์ชันรีเลย์เพื่ออำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อกับผลิตภัณฑ์ A/V ที่ใช้งานทั่วไป

ตัวเชื่อมต่อทุกประเภทมีให้เลือกแบบตัวผู้และตัวเมีย ซึ่งให้ความยืดหยุ่นสำหรับความต้องการในการเชื่อมต่อที่หลากหลาย อาจเป็นแนวตรงหรือมุมฉาก โดยมีทั้งรูปแบบทั้งแนวนอนหรือแนวตั้ง โดยทั่วไปแล้วตัวเชื่อมต่อตัวเมียจะรวมเข้ากับทั้งอุปกรณ์ส่งข้อมูลและอุปกรณ์รับข้อมูล นอกจากนี้ อะแดปเตอร์และตัวเชื่อมต่อยังสามารถเข้าถึงได้เพื่อรองรับการรูปแบบการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน สำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ยังมีรุ่นตัวเชื่อมต่อที่ทนทานให้เลือกอีกด้วย เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานและความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย

รูปที่ 2: ประเภทตัวเชื่อมต่อ HDMI (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

รูปแบบของพิน HDMI

ตัวเชื่อมต่อ HDMI ประเภทต่างๆ ทั้งหมดมี 19 พิน ยกเว้น Type B อย่างไรก็ตาม รูปแบบพินสำหรับสัญญาณที่ส่งจะแตกต่างกันไปในแต่ละประเภท ด้วยเหตุนี้ จึงมีความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังในระหว่างการออกแบบหรือการประกอบสายเคเบิลเพื่อให้แน่ใจว่ามีการใช้จำนวณพินที่เหมาะสมสำหรับสัญญาณที่แตกต่างกัน เนื่องจากตัวเชื่อมต่อประเภทต่าง ๆ ไม่สามารถเชื่อมต่อระหว่างกันได้ จึงไม่มีปัญหาการเชื่อมต่อแบบข้ามเกิดขึ้น

รูปที่ 3 ด้านล่างแสดงการกำหนดค่าพิน Type A โดยทั่วไป พินแต่ละตัวมีความสามารถในการส่งสัญญาณข้อมูล สัญญาณนาฬิกา พลังงานแรงดันต่ำ สัญญาณควบคุม CEC หรือ HEC

รูปที่ 3: รูปแบบพิน HDMI (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

ประเภทสายเคเบิลทั่วไป

สาย HDMI มีให้เลือกหลายประเภท ได้แก่:

• HDMI Category 1 – สายเคเบิลความเร็วมาตรฐาน:
  • มาตรฐาน (Category 1): สาย HDMI พื้นฐาน
  • มาตรฐานพร้อมอีเธอร์เน็ต (Category 1): เหมือนกับสายเคเบิลมาตรฐาน แต่รวมช่องอีเธอร์เน็ตไว้ด้วย
  • ยานยนต์มาตรฐาน (Category 1): ตรงตามข้อกำหนดพื้นฐานเกี่ยวกับสายเคเบิลแต่ปรับแต่งมาสำหรับการใช้งานในยานยนต์
• HDMI Category 2 – สายเคเบิลความเร็วสูง:
  • ความเร็วสูง (Category 2): ใช้สำหรับการส่งสัญญาณวิดีโอที่มีความละเอียดสูงกว่า
  • ความเร็วสูงพร้อมอีเธอร์เน็ต (Category 2): คล้ายกับสายเคเบิลความเร็วสูง แต่รองรับการเชื่อมต่ออีเธอร์เน็ต

การพิจารณาการออกแบบขั้นสุดท้าย

ในรูปแบบ PCB ที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ HDMI การพิจารณาอย่างรอบคอบเป็นสิ่งสำคัญในการลดสัญญาณรบกวนและรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ ซึ่งควรให้ความสนใจกับการออกแบบที่ใช้สายคู่ตีเกลียวด้วย สายเคเบิลที่ใช้สายคู่ตีเกลียวอาจมีการสูญเสียสัญญาณ โดยเฉพาะในระยะทาง 50 ฟุตเนื่องจากมีการลดทอนของสัญญาณ เพื่อขยายช่วงความยาวการใช้งานนี้ สามารถใช้ตัวขยายสัญญาณ HDMI ได้ ทำให้สามารถส่งสัญญาณได้ไกลถึง 300 ฟุต

นอกจากนี้ เทคโนโลยี HDMI ไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานหลายอุปกรณ์พร้อมกัน เนื่องจากไม่มีความสามารถในการส่งสัญญาณหลายตัวไปยังอุปกรณ์แยกกัน และไม่สามารถส่งสัญญาณเสียงเซอร์ราวด์และสเตอริโอพร้อมกันได้

สรุป

เทคโนโลยีการเชื่อมต่อ HDMI ทำหน้าที่เป็นโซลูชั่นที่ยอดเยี่ยมสำหรับการลดปัญหาสายเคเบิลที่ยุ่งเหยิงและทำให้ระบบง่ายขึ้น ขณะเดียวกันก็รองรับสัญญาณเสียงและวิดีโอคุณภาพสูงที่มีแบนด์วิธสูงได้พร้อมกัน วิวัฒนาของมาตรฐานได้ช่วยในการปรับปรุงความเร็วการถ่ายโอนข้อมูล แบนด์วิธ และการบูรณาการคุณสมบัติที่สำคัญ เช่น อีเธอร์เน็ต โดยตัวเชื่อมต่อและสายเคเบิลที่ประกอบขึ้นเป็นระบบนี้แพร่หลายในโดเมนต่างๆ รวมถึงความบันเทิงภายในบ้าน การสื่อสารในที่ทำงาน ในเชิงพานิชย์ และอุตสาหกรรม โดย Same Sky มีตัวเชื่อมต่อรับ HDMIที่หลากหลาย เพื่อช่วยวิศวกรในการออกแบบสัญญาณ AV