CN102173206A - 耗材芯片及耗材容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耗材芯片及耗材容器，该耗材芯片具有基板，基板上设有两个电触点及与两个电触点连接的电子模块，电子模块包括微控制器、电源电路、对输出信号进行调制的调制电路，调制电路具有一个开关器件，开关器件的控制端与微控制器的第一引脚连接，其两个输出端分别与第一电触点及地连接，电子模块还设有时钟电路，时钟电路包括比较单元，比较单元的第一输入端连接外来的时钟信号，第二输入端连接基准电压，比较单元的输出端连接微控制器，其中，第一引脚接收比较单元输出端的控制信号，且开关器件的控制端还与微控制器的第二引脚连接。本发明的耗材芯片输出信号与基准时钟信号同步性能好，确保耗材芯片与打印机之间的通讯。

Description

耗材芯片及耗材容器

技术领域

本发明涉及打印领域，尤其是涉及一种安装在打印耗材上的耗材芯片以及安装有这种耗材芯片的耗材容器。

背景技术

打印机作为常见的办公设备，为现代化办公提供了极大的方便。现有的打印机分为喷墨打印机以及激光打印机，喷墨打印机使用容纳有墨水的墨盒作为耗材容器向纸张喷射墨水，以在纸张上形成需要打印的文字或图案；激光打印机则使用容纳有碳粉的碳粉盒作为耗材容器在介质上形成需要打印的文字或图案。

参见图1，现有碳粉盒具有壳体11，壳体11围成容纳碳粉的腔体，壳体的外壁上设有一个芯片安装位12，耗材芯片13安装于芯片安装位12上。耗材芯片13具有一块基板，基板上设有作为通讯单元的两个电触点14、15，用于与激光打印机进行数据交换。并且，基板的另一侧设有与电触点14、15电连接的电子模块（图1中不可见），电子模块具有存储器，存储有碳粉余量、碳粉盒型号、碳粉盒适用的激光打印机型号等数据。

碳粉盒安装到激光打印机后，激光打印机将访问耗材芯片13，以确定碳粉盒芯片是否适用于该款激光打印机，并确定所安装的碳粉盒能否正常使用。激光打印机通过两个电触点14、15向耗材芯片13输入特定波形的电信号，用于表示特定的读写信息。激光打印机首先向电子模块发送读命令，电子模块接收读命令后，通过电触点14、15向激光打印机返回特定的信号。电子模块向激光打印机返回信息时，电触点14、15的波形如图2所示。

电触点15接收来自激光打印机的时钟信号，该时钟信号是基准时钟信号，高电平与低电平的电压值分别1.8伏与0（相对于打印机的地）。电触点14接收来自激光打印机的电平信号，并在返回数值为二进制数“0”时对信号进行调制，返回数值为二进制数“1”时不对信号进行调制。

激光打印机只在基准时钟信号为低电平时接收返回数据，因此电子模块需要在电触点15所接收的时钟信号为低电平时对电触点14的电信号进行调制。如图2所示，在时钟信号第一个低电平时，电触点14为高电平信号，即该电信号未被调制，表示输出二进制数“1”，在时钟信号第二个低电平时，电触点14为低电平信号，即该电信号被调制，表示输出二进制数“0”，以此类推。

由于电子模块对电触点14电信号调制幅度不深，一般只有0.3伏，因此电触点14高电平时电压为5.5伏（相对于打印机的地），低电平时电压为5.2伏（相对于打印机的地）。激光打印机接收电触点14输出的电信号后进行解调，获取相应的数据。下述所表述的电触点15（或电触点32）和电触点14（或电触点31）的信号都是相对打印机的地来说明，而其他信号是指相对芯片的地，芯片的地与电触点15（或电触点32）是连接的，下述的地都是指芯片的地。

参见图3，电子模块与电触点14、15连接，电子模块具有由电阻R1、电容C1组成的电源电路，用于向微控制器16供电。微控制器16内设有存储器，其存储有与碳粉盒相关的信息。

电子模块还设有由电阻R4、R5与三极管Q1组成的调制电路，三极管Q1的基极通过电阻R4与微控制器16的引脚IO1连接，并在引脚IO1输出的高低电平控制下通断。三极管Q1的集电极通过电阻R5与电触点14连接，发射极接地。电子模块输出二进制数“0”时，微控制器16的引脚IO1输出高电平信号，三极管Q1导通，电触点14的电信号电压降低，从而实现电信号的调制。

电子模块输出二进制数“1”或在基准时钟信号为高电平时，引脚IO1输出低电平信号，三极管Q1截止，电触点14为高电平信号。

电子模块的时钟电路包括电阻R2、R3以及电压比较器G1，电阻R3的一端与电触点14连接，另一端连接至B点处，电阻R2的一端与电触点15连接，另一端连接至B点处。

电压比较器G1是集成在微控制器16内的电压比较器，其反相输入端通过微控制器16的引脚IO2与B点连接，正向输入端与基准电压Vref连接，基准电压Vref是微控制器16内部的基准电压，电压比较器G1的输出端向微控制器16提供同步时钟信号。

由于电触点14与15之间存在电压降，且该电压降的电压波形为交替变化的信号，选取阻值合适电阻R2、R3可使B点处的电压为高低电平地交替变化波形的信号，形成时钟信号，例如0.8伏与1.3伏之间交替变化的时钟信号。

同时，选择微控制器16内合适的电压作为电压比较器G1的基准电压Vref，例如选择基准电压Vref为1伏。由于B点处向电压比较器G1输入的时钟信号电平在基准电压Vref上下交替变换，电压比较器G1的输出端将输出高电平与低电平交替变化的时钟信号，并将该时钟信号提供给微控制器16。

当调制电路对电触点14输出的信号进行调制时，电触点14的电压将降低0.3伏，电触点15的电压不变，由于电阻R2、R3的分压作用，B点处电压将相应的降低0.1伏，变为在0.7伏与1.2伏之间交替变换。由于B点处输入的时钟信号仍在基准电压Vref上下交替变换，因此，电压比较器G1输出的信号仍为高电平与低电平交替变化的时钟信号，且电平的幅值与原来一致。

但是，由于引脚IO1输出调制信号的同步时钟是通过软件检测电压比较器G1输出信号所得到的同步时钟，因此调制信号的同步性较差，即微控制器16无法确保在基准时钟信号为低电平时对电触点14的电信号进行调制。若在基准时钟信号为高电平时对电触点14的电信号进行调制，激光打印机接收该电信号后将无法识别该电信号，判断碳粉盒芯片出错，影响激光打印机的工作。

此外，不同微控制器16内部的RC时钟差别较大，离散性较大，导致耗材芯片13的稳定性不一致。

参见图4，现有墨盒具有一个壳体21，壳体21围成腔体25，腔体25内容纳有墨水。壳体21的下方设有出墨口24，腔体25内的墨水可经过出墨口24流出。在壳体21外壁上安装有一块耗材芯片23，耗材芯片的结构如图5所示。

耗材芯片23具有基板26，在基板26上设有多个电触点27，电触点27作为通讯单元与喷墨打印机上的电触点连接，用于传送信息。基板26上还设有一个电子模块28，电子模块28也设有存储器，存储有墨盒相关的信息。

多个电触点27中包括一个数据电触点以及一个时钟电触点，电子模块对输出电信号的调制也是靠喷墨打印机提供的基准时钟为参考基准，但调制时也会存在调制信号与时钟信号不同步的问题，导致喷墨打印机无法正确接收耗材芯片23返回的数据。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种输出信号与基准时钟信号同步性较好的耗材芯片。

本发明的另一目的是提供一种耗材芯片输出信号可被打印机正确识别的耗材容器。

为实现上述的主要目的，本发明提供的耗材芯片包括基板，基板上设有第一电触点、第二电触点及与两个电触点连接的电子模块，电子模块包括微控制器、向微控制器供电的电源电路、对输出信号进行调制的调制电路，调制电路具有一个开关器件，开关器件的控制端与微控制器的第一引脚连接，开关器件的两个输出端分别与第一电触点及地连接，电子模块还设有向微控制器提供时钟信号的时钟电路，时钟电路包括比较单元，比较单元的第一输入端连接外来的时钟信号，第二输入端连接基准电压，比较单元的输出端连接微控制器，其中，第一引脚接收比较单元输出端的控制信号，且开关器件的控制端还与微控制器的第二引脚连接。

由上述方案可见，调制电路的三极管控制端通过第一引脚与比较单元的输出端连接，因此三极管的通断由比较单元的输出端控制。由于比较单元输出的控制信号与基准时钟信号保持同步，三极管的通断也可以与基准时钟信号保持同步。可见，在微控制器内部，第一引脚不是通过软件检测比较单元输出的控制信号，而是直接与比较单元的输出端连接，确保在基准时钟信号低电平时对电信号进行调制，从而确保数据输出与基准时钟的同步性。

一个优选的方案是，第二电触点接收基准时钟信号，第一引脚输出的信号与基准时钟信号反相。

由此可见，在基准时钟信号为低电平时第一引脚输出高电平信号，三极管导通，对输出电信号进行调制，在基准时钟信号为高电平时第一引脚输出低电平信号，三极管截止，不对输出电信号进行调制。这样，可有效确保对输出电信号的调制是在基准时钟信号为低电平时发生，输出信号的同步性较好。

进一步的方案是，时钟电路还设有串联在第一电触点与比较单元第一输入端之间的电容。

由此可见，利用电容对直流电的过滤作用，将时钟电路中的直流分量过滤，确保时钟信号中的交流分量通过，比较器第一输入端接收的外部时钟信号只包含交流分量。

为实现上述的另一目的，本发明提供的耗材容器包括壳体，壳体围成容纳耗材的腔体，腔体一端设有耗材出口，壳体的外壁上安装有耗材芯片，耗材芯片具有基板，基板上设有第一电触点、第二电触点及与两个电触点连接的电子模块，电子模块包括微控制器、向微控制器供电的电源电路、对输出信号进行调制的调制电路，调制电路具有一个开关器件，开关器件的控制端与微控制器的第一引脚连接，开关器件的两个输出端分别与第一电触点及地连接，电子模块还设有向微控制器提供时钟信号的时钟电路，时钟电路包括比较单元，比较单元的第一输入端连接外来的时钟信号，第二输入端连接基准电压，比较单元的输出端连接微控制器，其中，第一引脚接收比较单元输出端的控制信号，且开关器件的控制端还与微控制器的第二引脚连接。

由上述方案可见，调制电路的三极管通过由比较单元输出的控制信号控制，确保三极管通断与基准时钟信号同步，从而确保对输出电信号的调制与基准时钟电路的同步，打印机能接收到正确的返回信号，保证打印机的正常工作。

附图说明

图1是现有一种碳粉盒的结构分解图。

图2是激光打印机与碳粉盒芯片通讯时碳粉盒芯片两个电触点输入/输出信号的波形图。

图3是现有碳粉盒芯片中电子模块与电触点的电原理图。

图4是现有一种墨盒的结构示意图。

图5是现有墨盒芯片的结构放大示意图。

图6是本发明耗材芯片实施例的电原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的耗材容器既可以是安装在喷墨打印机上的墨盒，也可以是安装在激光打印机或复印机、传真机、一体机上的碳粉盒或碳粉筒，下面结合各实施例对本发明进行详细说明。

耗材芯片实施例：

本实施例具有一块基板，基板的一面设有作为通讯单元的两个电触点，用于与打印机的电触点连接。其中一个电触点接收来自打印机的基准时钟信号，另一个电触点是接收或向打印机输出数据的数据触点。

参见图6，电子模块与两个电触点31、32电连接，其中电触点31为数据触点，其接收打印机的电平信号，该电平信号的电压为5.5伏的高电平信号。电触点32接收基准时钟信号，高电平与低电平的电压分别是1.8伏与0伏。

电子模块具有由电阻R11及电容C11组成的电源电路，电阻R11的一端与电触点31连接，接收打印机提供的电源，并向微控制器33供电。微控制器33内设有存储器，存储有与耗材容器相关的数据，包括耗材余量等。

电子模块设有时钟电路，其由电容C12、电阻R12以及作为比较单元的电压比较器G2、反相器U1组成，电容C12串联在电触点31以及电压比较器G2的反向输入端之间，电阻R12的一端与微控制器33的引脚IO13连接，另一端接地。并且，电压比较器G2的反向输入端与微控制器33的引脚IO13连接，其正向输入端与微控制器33内部的基准电压Verf连接。

电压比较器G2的输出端与反相器U1连接，反相器U1将电压比较器G2输出的信号反相后输出至引脚IO11。

由于电触点31与电触点32之间存在压差，电触点31的电平能保持在5.5伏左右，电触点32接收基准时钟信号，电信号是高低电平变化的，因此A点处的电信号也是高低电平变化的信号。由于电容C12具有过滤直流分量的作用，将电信号中直流分量过滤后，A点处的电信号也就是在0-1.8伏之间变化的时钟信号，且该时钟信号与电触点32接收的基准时钟信号同步。并且，A点处的电信号与基准时钟信号是反相的，这是由于A点处电压是电触点31与电触点32电压差过滤直流分量所得到的电信号。

电压比较器G2选取的基准电压Verf在0-1.8伏之间，例如1伏，则电压比较器G2输出的电信号也是与A点处电信号同步，但由于引脚IO13与电压比较器G2的反向输入端连接，因此电压比较器G2输出端的电信号与A点处电信号反相，即与基准时钟信号同相。

电压比较器G2输出的信号经过反相器U1反相处理后，得到与基准时钟信号反相的时钟信号，并输出至引脚IO11。

电子模块还具有由三极管Q2、电阻R14以及电阻R13组成的调制电路，三极管Q2作为本实施例的开关器件，其基极为控制端，通过电阻R14与微控制器33的引脚IO11连接，集电极为一个输出端，通过电阻R13与电触点31连接，发射极为另一输出端，并且接地。

引脚IO11输出高电平时，三极管Q2导通，电触点31输出的电信号电压降低，即实现对输出电信号的调制。引脚IO11输出低电平时，三极管Q2截止，电触点31输出高电平信号，即输出的电信号未被调制。由于引脚IO11输出与基准时钟信号反相的时钟信号，因此在基准时钟信号为高电平时，引脚IO11输出低电平信号，电触点31的电信号不被调制，只有基准时钟信号为低电平时，引脚IO11输出高电平信号，三极管Q2导通，电触点31输出的电信号才可能被调制。

此外，三极管Q2的基极还与微控制器33的引脚IO12连接，引脚IO12输出电信号以引脚IO11输出的时钟信号为同步基准。在电触点31输出二进制数“0”时，引脚IO12输出高阻态信号，确保引脚IO11输出高电平时三极管Q2导通，引脚IO11输出低电平时三极管Q2截止。当电触点31需要输出二进制数“1”时，引脚IO12输出低电平信号，此时，即使引脚IO11为高电平信号，但三极管Q2的基极仍为低电平，三极管Q2截止。

在基准时钟信号为高电平的半个周期内，微控制器33判断后半周期是否需要对输出信号进行调制，若需要进行调制，则引脚IO12输出高阻态信号，若不需要进行调制，则输出低电平信号。引脚IO12的信号输出要在基准时钟信号为高电平的半个周期内切换，即在IO11为低电平的半个周期内切换。因此，微控制器33有充足的时间决定引脚IO12输出的信号为高阻态还是低电平。引脚IO12信号是引脚IO11信号的开通或截止信号，如果IO12输出高阻态信号，则引脚IO11信号直通到调制电路进行调制；如果IO12输出低电平信号，则引脚IO11信号无法通到调制电路，使调制电路一直处于关断状态。

由该实施例可见，三极管Q2的导通与截止由电压比较器G2输出的控制信号控制，而电压比较器G2的输出信号与基准时钟信号保持同步，因此三极管Q2的导通与截止变化时刻保持与基准时钟信号变化时刻同步，从而确保在基准时钟信号为高电平时不对输出电信号进行调制，三极管Q2的导通时间均在基准时钟信号的低电平时间内。

由于引脚IO11输出电信号不由微控制器33内部软件检测控制，而是直接由电压比较器G2控制，因此三极管Q2的通断更为准确，电触点31输出的电信号与基准时钟信号的同步性更好，确保耗材芯片所输出的数据能被打印机正确接收。

碳粉盒实施例：

本实施例具有壳体，壳体围成容纳碳粉的腔体，腔体的一端设有出粉口。在壳体的外壁上可拆卸地安装一块耗材芯片，耗材芯片如上述耗材芯片实施例所描述的，输出信号与基准时钟信号保持同步，耗材芯片的稳定性更好。

墨盒实施例：

本实施例具有一个壳体，壳体围成一个容纳墨水的腔体，在腔体的下方设有与腔体连通的出墨口，腔体内的墨水可通过出墨口流出。并且，在壳体的一个外壁上可拆卸地安装有一块依据本发明上述实施例的耗材芯片。

当然，上述实施例仅是本发明较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，电压比较器的正向输入端与引脚IO13连接，即接外部时钟信号，反向输入端接基准电压，这样电压比较器的输出端不需要与反相器连接，直接将输出的控制信号输出至引脚IO11；或者，在微控制器内部通过程序实现电压比较器输出的控制信号反相而不使用反相器；又或者，若打印机在基准时钟信号为高电平时接收数据，则引脚IO11输出的信号应与基准时钟信号同相，即上述实施例中不设置反相器，这些改变同样可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如使用场效应管替代三极管作为开关器件、使用外置的电压比较器替代内置电压比较器等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.耗材芯片，包括

基板，所述基板上设有第一电触点、第二电触点及与所述第一电触点、所述第二电触点连接的电子模块；

所述电子模块包括

微控制器；

向所述微控制器供电的电源电路；

对输出信号进行调制的调制电路，所述调制电路具有一个开关器件，所述开关器件的控制端与微控制器的第一引脚连接，所述开关器件的两个输出端分别与所述第一电触点及地连接；

向所述微控制器提供时钟信号的时钟电路，所述时钟电路包括比较单元，所述比较单元的第一输入端连接外来的时钟信号，第二输入端连接基准电压，所述比较单元的输出端连接所述微控制器；

其特征在于：

所述第一引脚接收所述比较单元输出端的控制信号，且所述开关器件的控制端还与所述微控制器的第二引脚连接。

2.根据权利要求1所述的耗材芯片，其特征在于：

所述第二电触点接收基准时钟信号，所述第一引脚输出的信号与所述基准时钟信号反相。

3.根据权利要求2所述的耗材芯片，其特征在于：

所述时钟电路还设有串联在所述第一电触点与所述比较单元第一输入端之间的电容。

4.根据权利要求3所述的耗材芯片，其特征在于：

所述比较单元为电压比较器，所述第一输入端为所述电压比较器的反向输入端，所述第二输入端为所述电压比较器的正向输入端；

所述电压比较器的输出端与一反相器连接。

5.根据权利要求3所述的耗材芯片，其特征在于：

所述比较单元为电压比较器，所述第一输入端为所述电压比较器的正向输入端，所述第二输入端为所述电压比较器的反向输入端。

6.耗材容器，包括

壳体，所述壳体围成容纳耗材的腔体，所述腔体一端设有耗材出口，所述壳体的外壁上安装有耗材芯片，所述耗材芯片具有基板，所述基板上设有第一电触点、第二电触点及与所述第一电触点、所述第二电触点连接的电子模块；

所述电子模块包括

微控制器；

向所述微控制器供电的电源电路；

对输出信号进行调制的调制电路，所述调制电路具有一个开关器件，所述开关器件的控制端与微控制器的第一引脚连接，所述开关器件的两个输出端分别与所述第一电触点及地连接；

向所述微控制器提供时钟信号的时钟电路，所述时钟电路包括比较单元，所述比较单元的第一输入端连接外来的时钟信号，第二输入端连接基准电压，所述比较单元的输出端连接所述微控制器；

其特征在于：

所述第一引脚接收所述比较单元输出端的控制信号，且所述开关器件的控制端还与所述微控制器的第二引脚连接。

7.根据权利要求6所述的耗材容器，其特征在于：

所述第二电触点接收基准时钟信号，所述第一引脚输出的信号与所述基准时钟信号反相。

8.根据权利要求7所述的耗材容器，其特征在于：

所述时钟电路还设有串联在所述第一电触点与所述比较单元第一输入端之间的电容。

9.根据权利要求8所述的耗材容器，其特征在于：

所述比较单元为电压比较器，所述第一输入端为所述电压比较器的反向输入端，所述第二输入端为所述电压比较器的正向输入端；

所述电压比较器的输出端与一反相器连接。

10.根据权利要求8所述的耗材容器，其特征在于：

所述比较单元为电压比较器，所述第一输入端为所述电压比较器的正向输入端，所述第二输入端为所述电压比较器的反向输入端。

Images