O extensor HDMI sobre cabo CAT5 mais vagabundo que existe.

E que surpreendentemente funciona!

hdmi_extender_passive_ryan-com-br

Quando eu vi o extensor acima à venda na China eu tinha razoável certeza de que se tratava de mais uma “roubada” chinesa, por causa do preço muito baixo e do fato de que não existe nenhuma indicação de qual parte é o “sender” e qual o “receiver”. Se você olhar minha análise anterior de um extensor desse tipo verá que se trata de um produto “ativo”, cujas peças tem papel bem definido. Mas tinha gente comprando aqui no Brasil e qualificando positivamente o vendedor no ML, então meu amigo José Carneiro decidiu “pagar para ver”.

A primeira surpresa: realmente funciona. José Carneiro ficou tão satisfeito que comprou mais.

A segunda surpresa (nem tanto): realmente se trata de um dispositivo completamente passivo, similar ao extensor VGA que já analisei aqui. Não é possível abrir por ser uma peça moldada/injetada, mas eu medi a continuidade de cada um dos pinos e pude confirmar que cada um dos pinos do conector HDMI é ligado diretamente a algum pino nos jacks RJ45 (8P8C). Não existe nada ali dentro além de fios.

E sabe o que é ainda mais surpreendente? Por ter um consumo zero de energia este extensor pode funcionar em aparelhos onde um extensor ativo pode falhar.

Outro dia eu coletarei informações com o amigo José Carneiro sobre as distâncias que ele conseguiu (foram bem razoáveis). Isso se ele mesmo não quiser comentar aqui.

 

Pinagem (não está nada bonito, mas deve dar para entender. O número à esquerda é o pino do conector HDMI):

JACK 2 (TMDC)

1 TMDS DATA2+ MR

3 TMDS DATA2- BC-MR

4 TMDS DATA1+ BC-AZ

6 TMDS DATA1- AZ

7 TMDS DATA0+ VD

9 TMDS DATA0- BC-VD

10 TMDS CLOCK+ BC-LR

12 TMDS CLOCK- LR

 

JACK 1 (DDC, POWER, etc)

13 CEC MR

15 DDC CLOCK BC-MR

18 +5V VD

19 HPD BC-VD

18 +5V BC-LR

16 DDC DATA LR

BC-AZ e AZ são ligados ao negativo. Em curto no jack.

O pino 18 aparece duas vezes acima porque são mesmo dois fios em pares diferentes que transportam a alimentação. Em curto no jack.

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2 comentários
  • Jose Carneiro De Jesus Neto - 186 Comentários

    Opa, estava esperando essa análise.
    Foram por volta de 15 metros de cabo com pequenas interferências erráticas (corte de imagem de poucos segundos) que ainda não posso afirmar com certeza serem causadas pelo extensor, pois além das variáveis envolvidas (cabo, qualidade dos conectores, qualidade de crimpagem) estou utilizando um Splitter de quatro saídas.
    Em outro local utilizo com 12 metros sem problemas.
    Farei instalação de mais dois, 15 e 25 metros, vamos ver se vai dar certo.

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  • Intruder_A6 - 136 Comentários

    Acho bastante provável que se for usado cabo de rede CAT 6 ou 7 o alcance deverá ser melhor do que com CAT 5E. Com cabo de melhor qualidade a atenuação deve ser menor.

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Switches HDMI

Este post possui recursos que pode ser complicado ou impossível acessar na versão mobile do blog e/ou com uma touchscreen. Versão desktop e mouse recomendados.

Este post estava em rascunho desde junho. Vai para publicação assim mesmo por causa da minha nova política a respeito.

Mas ainda é um rascunho. Quando estiver “pronto” eu removerei este aviso.

Neste post eu vou começar a explicar como os switches HDMI funcionam e fazer a análise de alguns modelos baratos. No final você vai entender por que alguns funcionam de forma errática, o perigo de usar fonte externa e até como corrigir alguns problemas se você tiver alguma habilidade com eletrônica.

Todos os switches HDMI que conheço são eletrônicos e tem alguma inteligência embutida.

Métodos de seleção

Todos implementam um ou mais dos seguintes métodos de seleção de entrada:

  1. Manualmente, pressionando um botão repetidas vezes até selecionar a entrada desejada;
  2. Seleção automática, onde o aparelho recentemente ligado seleciona automaticamente a porta do switch onde está conectado.
  3. Por controle remoto infravermelho.

Alimentação

Geralmente o switch é alimentado por qualquer uma das entradas HDMI. Não é preciso nem abrir um switch para perceber que o sucesso disso é incerto, pois basta olhar a especificação HDMI, que na seção 4.2.7 esclarece os seguintes pontos sobre o fornecimento de corrente por uma porta HDMI:

  • Todo Source HDMI deve ser capaz de fornecer um mínimo de 55mA no pino +5V;
  • Um Source HDMI dever oferecer proteção contra sobre-corrente de não mais que 500mA no pino +5V.

Ou seja, para a especificação, 500mA já é um curto-circuito e os fabricantes só precisam garantir meros 55mA. Muitos equipamentos podem fornecer e fornecem mais que isso, mas a especificação só exige 55mA.  Para resolver esse problema alguns switches contam com entrada para fonte externa, mas você verá adiante que usar uma pode não ser boa idéia.

Pela análise de um switch típico você poderá entender esse e outros problema:

SWITCH “TD-LINK”

 

switch_hdmi_td-link_caixa_DSC01571_320_ryan.com.br

Este switch usa um chip bem popular: o Pericom PI3HDMI301. A primeira coisa interessante que encontramos no datasheet é que o consumo típico é de 200mA quando em operação. Bem acima do mínimo garantido pela especificação HDMI. Mas os problemas não acabam aí.

switch_hdmi_td-link_pcb_topo_DSC01564_640_ryan.com.br

 

O chip chaveador opera com 3.3V que precisam ser obtidos a partir dos 5V através do regulador AMS1117 (marcado como U2 na foto). A tensão de entrada de um regulador precisa ser um pouco maior que a tensão de saída, que no caso desse regulador é no mínimo 1V. Isso implica que precisamos de no mínimo 4.3V na entrada e temos 0.7V de margem. Até aí parece razoável, mas como o switch usa diodos para isolar as entradas a tensão na entrada do regulador é a tensão +5V HDMI menos a queda de tensão típica no diodo. Aí a coisa fica crítica.

O designer deste switch usou diodos retificadores comuns, que tem uma queda de tensão típica justamente de 0.7V. Isso explica porque esse modelo tem um jack para alimentação externa.

CONTINUARÁ QUANDO EU PUDER – Assine o feed de comentários ou assine este post para ficar sabendo de atualizações.

Outro switch por dentro:

mini_switch_hdmi_301KK_v3.0_DSC01563_320_ryan.com.br

mini_switch_hdmi_301KK_v3.0_DSC01556_700_ryan.com.br

mini_switch_hdmi_301KK_v3.0_DSC01562_700_ryan.com.br

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Extensores HDMI sobre cabo de rede CAT5, CAT5e, CAT6

Não deixe de ler também: O extensor HDMI sobre cabo CAT5 mais vagabundo que existe.

Neste texto onde eu me referir a cabo “CAT5” estou simplificando a menção aos três tipos de cabo: CAT5, CAT5e e CAT6. “Sink” é o dispositivo que recebe o sinal HDMI (TV, projetor, DVR, etc) e “source” é o dispositivo que gera o sinal (o media player ou receptor de TV).

Existem no mercado três tecnologias para usar cabo CAT5 no lugar de um cabo HDMI:

  • 2 cabos, sem suporte a rede – O sinal HDMI é realmente transmitido pelo cabo CAT5, praticamente sem alterações. O mais barato de todos com alcance previsto de 30 metros a 1080p;
  • 1 cabo apenas, sem suporte a rede – Usa um protocolo proprietário para reduzir o número de condutores necessários. Provavelmente existe degradação do sinal nas resoluções mais altas mas pode não fazer diferença para qualidade DVD. Custa pelo menos cinco vezes mais caro que a solução com dois cabos;
  • 1 cabo apenas, com suporte a rede – Uma espécie de “HDMI over IP” onde o sinal de vídeo e imagem é transformado e retransmitido realmente “via rede” através de switches. É o mais prático de todos e embora tenha receptor próprio já fizeram engenharia reversa em um modelo para conseguir receber o sinal via VLC. Custa 10 vezes mais caro e é certamente limitado em qualidade porque uma rede de 100mbps definitivamente não tem banda para fazer isso sem acrescentar compressão. Já existe até um padrão para isso chamado HDBaseT que no papel parece tão fantástico quanto as meias Vivarina e as facas Ginsu, mas tão difícil de encontrar quanto o ET de Varginha. Na prática espere pagar os olhos da cara por um produto que não consegue conversar com o similar de outro fabricante.

Neste texto eu vou tratar apenas do método mais simples e barato.

Essa adaptação é possível primeiramente porque HDMI (e DVI) usam uma tecnologia similar à usada nas redes ethernet modernas, com transmissão diferencial que tem por meio o cabo de par trançado. Tentar usar outro tipo de cabo, mesmo que “mais grosso”, pode não ter o efeito desejado.

A primeira coisa a se ter em mente para entender o que se passa nesse tipo de adaptação é o fato de que um cabo CAT5 tem oito condutores e um cabo HDMI tem dezenove. HDMI tem mais condutores que dois cabos CAT5, então como é que essa mágica é feita?

Antes de prosseguir, vamos estudar atentamente a figura a seguir:

HDMI_pinout_ryan.com.br

Note que:

  • Mais da metade do cabo é usada pelos quatro canais TMDS, que é por onde a informação de vídeo e áudio é transportada;
  • As bolinhas pretas indicam os pinos que de uma forma ou de outra estão ligados ao mesmo negativo. A bolinha vermelha representa o único pino de +5V;
  • Dois condutores são destinados a DDC/EDID/HDCP e não podem ser usados separadamente. Ou você usa os dois ou nenhum dos dois (mais sobre isso adiante);
  • Um condutor é destinado a CEC (basicamente, operar todos os aparelhos com um só controle remoto). Útil, mas dispensável;
  • Dois condutores são de alimentação, que tem o propósito primário de fazer com que a identificação DDC/EDID funcione mesmo com o display desligado;
  • O pino 19 é responsável pela função hotplug detection (detectar que um dispositivo foi conectado);
  • O pino 14 é o que permite o funcionamento do ARC (Audio Return Channel). Útil, mas ainda mais dispensável que o CEC, por falta de suporte em muitas TVs e porque um número reduzido de pessoas tem receiver HDMI ligado à TV;
  • Juntos, 19 e 14 oferecem a função HDMI Ethernet, que é ainda menos usada.

O primeiro e até óbvio sacrifício ocorre na blindagem. Cada um dos quatro pares de comunicação TMDS em um cabo HDMI bem feito é separadamente blindado e tem seu próprio “negativo”, além do negativo “geral” do cabo. São quatro condutores só na blindagem. Ora, essa blindagem individual não existe no cabo CAT5 que corriqueiramente usamos, então esses quatro condutores somem na adaptação. Assim reduzindo a necessidade para 15 condutores, o que fisicamente já é possível substituir por dois cabos CAT5. Em todos os extensores que vi um dos cabos é dedicado aos quatro canais TMDS e o outro cabo fica com os sinais de controle.

É importante notar que apenas o dispositivo source fornece alimentação. A função do pino +5V no sink é receber a alimentação vinda do source para ativar o circuito de hotplug detection e a memória EDID mesmo que o sink esteja desligado.

Existe um produto no mercado que eu desconfio fortemente de que se limita a ligar cada pino do plug HDMI ao pino correspondente no conector 8P8C (RJ45), por causa do baixo preço e do fato de que não tem indicação de “polaridade”. Mas todos os extensores que já abri são “ativos” (tem eletrônica) e são compostos de duas peças com papéis bem definidos, como este:

hdmi_extender_ryan.com.br

Alguns cuidados precisam ser observados ao instalar e usar esse modelo de extensor:

  • É sempre bom lembrar: Os cabos conectados a esse extensor não devem ser conectados à sua rede. O extensor deve ser usado de forma completamente autônoma;
  • Emissor precisa ser ligado do lado do dispositivo source (player) e receptor do lado do dispositivo sink (TV, projetor, etc);
  • O cabo ligado a um determinado canal no emissor precisa ser conectado ao mesmo canal no receptor. Recomendo fortemente que você ponha etiquetas nos cabos ou terá muito aborrecimento com ligações invertidas;
  • Observe que em um deles o canal TMDS fica no conector esquerdo e no outro fica no conector direito. Quando um está de frente para o outro isso faz muito sentido, mas quando você está instalando tem a tendência a pegar o dispositivo sempre com a mesma mão e inserir os cabos na mesma ordem com a outra. O que vai resultar em inversão;
  • Os cabos precisam ter todos os oito condutores funcionais. Como uma rede de 100mbps somente usa quatro dos oito condutores do cabo CAT5 um cabo que funciona na sua rede pode não funcionar no extensor. É preciso testar pelo menos com um testador de cabos comum;
  • Os dois cabos precisam ser diretos. Cabo cruzado não vai funcionar em nenhum dos dois canais;
  • O cabo ligado ao canal TMDS precisa ser crimpado conforme o padrão (568A ou 568B) porque este canal precisa que seja respeitado o trançado dos condutores. O cabo ligado ao DDC pode ignorar o padrão e simplesmente fazer uma correspondência de um para um entre os conectores, mas não faça isso. Crimpar respeitando o padrão dá o mesmo trabalho.

Esse extensor a meu ver tem dois erros/limitações de design que poderiam ser facilmente corrigidos:

  • O emissor deveria ser claramente diferente do receptor. Talvez de uma cor diferente. Perdi a conta das vezes que me enrolei todo por inadvertidamente misturar os dois;
  • Pelo menos o receptor deveria vir com um conector HDMI fêmea em vez de um macho o que facilitaria a conexão a um conversor HDMI-VGA e tornaria o conjunto menos frágil. Entretanto eu admito que isso cria um problema ao adicionar um ponto de possível mau contato.

Funcionamento

O objetivo deste post é analisar a teoria de funcionamento dos extensores e não fazer um review deste, mas é claro que eu preciso pelo menos testar se funciona ou não. Eu não uso muito o extensor e muito menos no seu limite, mas nos meus poucos testes com cabos de meros 10m ele funcionou bem a 1080p, incluindo o CEC.  No futuro eu poderei incluir aqui mais detalhes e testes com cabos maiores.

 

RECEPTOR (RECEIVER)

hmdi_extender_cat5_receiver_DSC01587_ryan.com.br

 

O design do receptor é o mais simples de entender, com apenas dois componentes ativos visíveis:

  • Um chip “equalizador” HDMI MAX3815, cuja função é restaurar o sinal dos quatro canais TMDS. É interessante notar que alguns displays HDMI, principalmente projetores, podem já ter um chip desses na entrada e que a documentação do fabricante do chip não faz nenhuma referência a cabo CAT5 e espera que o chip seja usado no final de cabos HDMI ou DVI apropriadamente blindados. Ou seja: não espere que vá alcançar as distâncias indicadas (50 metros com cabo 24AWG) a 1080p com cabo de rede, pois o cabo de rede que mais se aproxima do DVI/HDMI é o caro CAT7, mas você nem sabia que isso existia, certo?
  • Um regulador linear de 3,3V para alimentar o MAX3815 com os 5V vindos do dispositivo source.

EMISSOR (SENDER)

hmdi_extender_cat5_sender_DSC01587_ryan.com.br

Já o design do emissor ainda é parcialmente um mistério para mim. Eu levantei o diagrama para facilitar a compreensão (clique para uma versão legível):

hdmi_extender_cat5_emissor

Os quatro canais TMDS são conectados diretamente e corretamente aos pares do respectivo conector 8P8C (RJ45), então todos os componentes da placa estão ali para tratar dos sinais de controle. Eu determinei que dois pinos são usados para +5V e dois pinos para GND, restando quatro pinos para dividir com os cinco sinais de controle. Isso é possível porque foi sacrificado o sinal ARC, que não me parece uma grande perda.

Os componentes principais do emissor são:

  • Um microcontrolador de uso geral STC11F02 (5.5V, 2KB de flash e 256 bytes de RAM);
  • Uma memória EEPROM 24C02 (2kbit, 256 bytes) ligada simultaneamente ao microcontrolador e ao bus DDC HDMI.

O meu melhor palpite no momento é que o microcontrolador se envolve com troca de informações EDID, incluindo o handshake HDCP. Ele tem memória flash mais que suficiente para armazenar as chaves DHCP (40x56bit = 280bytes). Por que ele faria isso eu ainda não tenho certeza.

Cabo de controle (rotulado de “DDC” pelo fabricante)

  • 1 – HPD
  • 2 – +5V
  • 3 – +5V
  • 4 – GND
  • 5 – GND
  • 6 – DDC_DATA
  • 7 – DDC_CLOCK
  • 8 – CEC

Hotplug detection

O sinal HPD vindo do dispositivo sink em vez de ir direto ao source entra no microcontrolador, provavelmente para ativar o processo de handshake. O dispositivo source não “vê” isso porque recebe o HPD imediatamente ao ser plugado o emissor nele, porque no emissor o pino 19 é permanentemente conectado a +5V por meio de um resistor de 1k.

É preciso ficar atento à mudança no comportamento. Basta plugar o emissor no dispositivo source para que este ache que um dispositivo sink está conectado e inicie o processo de leitura do EDID e handshake HDCP, mesmo que não exista sink. Ao realmente conectar o sink, o source já vai ter desistido de fazer o handshake há muito tempo. Para resolver eu suponho que ou você reinicia o source ou despluga e repluga o emissor.

Conector ISP

É ligado diretamente à porta serial do microcontrolador. Ainda não verifiquei se é possível ler algo nessa porta ou se serve apenas para programá-lo.

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12 comentários
  • Jefferson - 4.970 Comentários

    Eu cometi algum erro na hora de fazer o upload do diagrama do emissor e por isso não há link para a cópia de alta resolução, legível do mesmo. Amanhã eu corrigirei isso.

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  • Luciano - 321 Comentários

    Jefferson, *pelo menos* na foto deste extensor que você usou como exemplo, dá pra ver nas fotos que está marcado em um deles, algo como Receiver e no outro Encoder.

    Logo pelo menos pra mim não haveria necessidade de um ser de cor diferente do outro B)

    Edit: Melhor dizendo.. Sender e Receiver.

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    • Jefferson - 4.970 Comentários

      Pois eu insisto que há necessidade. Eu estou ciente das marcações desde que comprei, sou mais minucioso que a média, e mesmo assim o palerma aqui errou diversas vezes. Quando estou ocupado com problemas em um nível mais alto, qualquer coisa que o fabricante fizer para evitar que eu me perca com os detalhes eu agradeço.

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  • Marco Stort - 8 Comentários

    Eu comprei um destes e instalei com uma distância de aproximadamente 15 metros. Funcionou muito bem, qualidade de imagem excelente. :)

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  • Maycon Ferraz - 2 Comentários

    boa tarde fiz a instalacao e fiz o teste com o testador so nao segui a sequencia (568A ou 568B) mas as duas pontas dos cabos estao iguais e n ao funciona sera quen so por ter mudado a sequencia vai interferi

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  • Miguel - 1 Comentário

    Olá estou com um problema de barreira onde o cabo Hdmi não entra no conduite logo optei pelo adaptador onde usei dois rj45 crimpados no padrão 568a porém a imagem não está constante nem o som fica dando lag e as vezes some a imagem .
    Gostaria de saber o que pode ter dado errado visto a a distância não é maior q 3 mts ? Será q se mudar pra cat6 pode resolver ? Será q se mudar o padrão de crimpagem pra 568b pode resolver ?

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  • LUIZ ANTONIO LAZOTI - 1 Comentário

    Posso montar um cabo HDMI com cabos de rede CAT5e sem adaptadores? deve ser algo em torno de 15 a 20 metros entre os dispositivos.

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  • Júlio Câmara - 1 Comentário

    Depois de perder – pela segunda vez – a entrada HDMI de 2 televisores devido a uma descarga elétrica que caiu na antena da VIVO e passou pelo HDMI, vou usar um extensor ativo (de um cabo sem suporte a rede) entre o decoder Vivo e o distribuidor HDMI como elemento de “sacrifício”. Tentei usar um “protetor HDMI aterrado” que não serviu de nada, não protegeu.
    Você acredita que fará alguma diferença?
    Obrigado

    VA:R_U [1.9.13_1145]
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