CN102744970A

CN102744970A - 一种高速墨盒芯片

Info

Publication number: CN102744970A
Application number: CN2012102374490A
Authority: CN
Inventors: 刘桂云; 吴介豫
Original assignee: Fremont Micro Devices Shenzhen Ltd
Current assignee: Fremont Micro Devices Shenzhen Ltd
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-10-24

Abstract

一种高速墨盒芯片，包括：接收HVP和HVN信号并生成高压测试信号的高压传感器信号检测单元（1），接收高压测试信号、产生激励响应并反馈的高压传感器信号反馈单元（2），转换从高压测试信号和内部通信信号取电的电能电压并生成内部供电信号的电源转换与控制单元（3），接收内部供电信号和内部通信信号并生成内部数据信号和内部控制信号的逻辑控制单元（4），接收内部控制信号并高速读写和存储数据的高速存储单元（5），处理数字通信信号并发送内部通信信号和内部数据信号的数字通信接口电路（6）。本发明无需外部电源，有效降低了墨盒生产、运输和保存难度，提高了墨盒数据保存的稳定性和可靠性，高速存储单元，具有快读写能力。

Description

一种高速墨盒芯片

技术领域

本发明涉及喷墨打印机领域，尤其涉及一种应用于具有10MHz以上通信速度的喷墨打印机的高速墨盒芯片。

背景技术

喷墨打印机的每个墨盒上都附有一个芯片，在使用中通过打印机字车和打印机主机通信。该芯片用于存储相应墨盒的厂商信息、型号、颜色和墨水总量等原始信息。同时在后续开关机、更换墨盒和打印等使用过程中，打印机主机会通过相关接口以特定的通信协议读写该墨盒芯片，从而检测认证墨盒，记录打印日期、打印张数和墨水余量等相关打印信息，打印机通过这些和墨盒芯片的信息互动来有效统计耗材使用状态，控制整个打印过程。

近年来，打印机厂商为了巩固其对打印耗材市场供应的垄断地位和高暴利，在墨盒芯片技术上突破了原有传统的基于EEPROM（Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦写可编程只读存储器）或Flash为存储载体芯片结构，转而采用铁电存储器（FRAM），由于铁电存储器是一种无限次读写、高速读写以及低功耗的非易失性存储器，因此主机在和这种新型芯片的通信上可以采用高速信号，增大交换数据量，缩短芯片上电时间和指令间隔。

目前，市场上颇受青睐的兼容墨盒，由于采用的传统的EEPROM或Flash方案，在读写速度上更本无法满足这种喷墨打印机的高速通信要求。而铁电存储器由于其特殊的工艺和昂贵的成品价格使得势单力薄的兼容墨盒厂商在控制成本的前提下无法使用这种技术和原厂厂商抗衡。即使他们利用高速的SRAM（Static RAM）芯片加非易失的EEPROM芯片的组合方案来解决这个问题，但由于主机提高通信速度后，Vcc（电源接入）时间缩短所带来的供电时间不足而导致的EEPROM写入TWC时间严重不足问题，不得不在外部增加电池之类的供电，额外增加了生产成本和难度，降低了产品的可靠性，致使初始数据丢失的情况时有发生。同时，这样一个小型的板级电路方案，由众多独立芯片和分立元器件组成，不仅增加了PCB面积和布线复杂度，而且也必须经过较多的生产工艺步骤，无形大幅增加了产品的成本。分立方案各单元和器件参数的不确定性也降低了芯片最终的精度和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，额外增加的电源，增加了生成成本和难度，使产品的可靠性低，数据易丢失，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高速墨盒芯片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种高速墨盒芯片，包括：接收打印机发送的HVP高压脉冲信号和HVN高压脉冲信号并生成高压测试信号的高压传感器信号检测单元，与高压传感器信号检测单元相连、接收高压测试信号产生激励响应并反馈给打印机的高压传感器信号反馈单元，与高压传感器信号检测单元和数字通信接口电路相连、接收高压测试信号和数字通信接口电路生成的内部通信信号、转换从高压测试信号和内部通信信号取电的电能电压并生成内部供电信号的电源转换与控制单元，与电源转换与控制单元和数字通信接口电路相连、接收内部供电信号和内部通信信号并生成内部数据信号和内部控制信号的逻辑控制单元，与电源转换与控制单元和逻辑控制单元相连、接收逻辑控制单元发送的内部控制信号、高速读写和存储数据并反馈给逻辑控制单元的高速存储单元，以及与电源转换与控制单元和逻辑控制单元相连、处理接收自打印机的数字信号、向电源转换与控制单元和逻辑控制单元发送内部通信信号、处理接收自逻辑控制单元的内部数据信号并将其发送给打印机的数字通信接口电路。

优选的，所述电源转换与控制单元包括从接收到的高压测试信号和内部通信信号采集和存储电能的取电模块、与取电模块相连并转换电能电压的转换模块、以及与转换模块相连并稳压输出内部供电信号的稳压输出模块。

优选的，所述高速存储单元包括接收逻辑控制单元的内部控制信号并对数据进行高速缓存的SRAM、与SRAM相连存储数据的EEPROM。

优选的，所述数字通信接口电路包括产生复位信号的复位产生模块、接收打印机的数字通信信号对其进行过滤的滤波电路、与滤波电路相连用于缓存内部通信信号的输入缓存模块、与逻辑控制单元相连并用于缓存输出内部数据信号的输出缓存模块。

优选的，所述高压传感器信号检测单元为定制的等效电路的模拟电路。

实施本发明的高速墨盒芯片，具有以下有益效果：墨盒的功能和应用高集成度，无需外部电源供电，有效地降低了墨盒生产、运输和保存难度，提高了墨盒数据保存的稳定性和可靠性。同时，内部特殊的高速存储单元，加上电源转换与控制单元的取电和维持供电功能，使得该芯片具有快读写能力，且与打印机间的通信速度可超过10MHz以上。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明高速墨盒芯片实施例的结构示意图；

图2是本发明高速墨盒芯片实施例的电源转换与控制单元示意图；

图3是本发明高速墨盒芯片实施例的电源转换与控制单元维持供电时序示意图；

图4是本发明高速墨盒芯片实施例的高速存储单元结构示意图；

图5是本发明高速墨盒芯片实施例的数字通信接口电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种高速墨盒芯片，包括接收打印机发送的HVP高压脉冲信号和HVN高压脉冲信号并生成高压测试信号的高压传感器信号检测单元1，与高压传感器信号检测单元1相连、接收高压测试信号、产生激励响应并反馈给打印机的高压传感器信号反馈单元2，与高压传感器信号检测单元1和数字通信接口电路6相连、接收高压测试信号和数字通信接口电路6生成的内部通信信号、转换从高压测试信号和内部通信信号取电的电能电压并生成内部供电信号的电源转换与控制单元3，与电源转换与控制单元3和数字通信接口电路6相连、接收内部供电信号和内部通信信号并生成内部数据信号和内部控制信号的逻辑控制单元4，与电源转换与控制单元3和逻辑控制单元4相连、接收逻辑控制单元4发送的内部控制信号、高速读写和存储数据并反馈给逻辑控制单元4的高速存储单元5，以及与电源转换与控制单元3和逻辑控制单元4相连、处理接收自打印机的数通信字信号、向电源转换与控制单元3和逻辑控制单元4发送内部通信信号、处理接收自逻辑控制单元4的内部数据信号并将其发送给打印机的数字通信接口电路6。

打印机通过HVN和HVP两个高压脉冲信号作用于高速墨盒芯片，通过高压传感器信号反馈单元2产生相应的激励响应，打印机检测该激励响应的的RC特性和谐振平率特性来判断墨盒墨水余量。

其中，HVP和HVN无特殊意义，是把打印机的两个高压信号定义为这两个名字，表示High Voltage高压信号的意思，N和P只是为了区分这两个信号。Vcc是通用的表示电源线的意思。GND是通用的表示地线，Ground任何电路都需要一个电源一个地才能工作。CS（Chip Select）表示片选信号，CLK（Clock）表示时钟，SDA表示数据data线。CS、CLK、SDA为数字通信协议中的三个信号，芯片和打印机之间通过这三个信号相互通信，交换数据。

本发明的高压传感器检测单元1和高压传感器信号反馈单元2是利用压电传感器等效模拟电路来模拟传感器的RC特性和谐振频率特性，以此来对高压测试激励做出正确响应和精确匹配。高压传感器信号检测单元1为定制的等效电路的模拟电路，即为处理35v以上高压信号的模拟电路，采用定制的等效电路和特殊工艺，使其能和普通的CMOS数字电路单元共存，完全集成于同一芯片，不仅在功能上完全实现相应检测波形的匹配，而且真正做到单芯片方案对于多芯片和分立器件方案的有效替代。

如图2所示，电源转换与控制单元3包括从接收到的高压测试信号和内部通信信号采集和存储电能的取电模块31、与取电模块31相连并转换电能电压的转换模块32、以及与转换模块32相连并稳压输出内部供电信号的稳压输出模块33。取电模块31利用取电电路和储能元器件从高压测试信号和内部通信信号采集并储存电能。在打印机所提供的稳定供电电压Vcc撤销后，可利用取电模块31之前储存的电能输出稳定电压，接替Vcc的作用，继续对进行芯片供电，使芯片在打印机停止供电后仍能维持一定时间的工作，完成高速通信过程中对高速存储单元5的读写操作。

由于打印机对墨盒芯片并不是持续供电，其高压测试信号和数字通信信号为交替出现，数字信号中的Vcc也是随发送的指令不停的上下电，指令结束后就立即掉电，而打印机10MHz以上的通信速度使得每条指令的长度都非常的短，从而高速墨盒芯片获取的Vcc时间也非常短，造成高速存储单元5获得的有效供电时间很难满足普通方法下的读写操作。因此，为了保证高速墨盒芯片各单元的正常工作以及高速存储单元5的高速读写正常，电源转换与控制单元3起到了从打印机的高压检测信号和数字信号取电、转换其电压并稳压输出，实现维持供电的作用。经过电源转换与控制单元3的作用后，所产生的内部供电信号，在Vcc掉电后，仍能持续供电（如图3所示）。

和大部分总线协议一样，一个通信协议的组成会有使能信号，时钟信号，数据信号等信号，有了这些信号，通信双方才能以共同的协议通信，交换数据。换句话说，总线两端的设备根据协议规定的数据通信格式和意义来交流，一问一答。在本实施例中，该总线协议就是打印机制造商自己制定的通信协议，打印机是主机Master，墨盒芯片是从机Slave，从机根据主机发送的指令来完成相应操作，并同时在总线上做应答回复主机。图中命令指打印机发送给墨盒芯片的数据，墨盒芯片接收的该数据后解码分析，完成指定操作；数据指芯片接收到打印机的命令后返回给主机的数据。打印机的命令会有身份认证、读操作、写操作等，打印机通过这些操作来确认墨盒是否匹配、获取墨盒墨量信息打印张数等打印记录信息。

如图4所示，高速存储单元5包括接收逻辑控制单元4的内部控制信号并对数据进行高速缓存的SRAM51、与SRAM相连存储数据的EEPROM52。高速存储单元5内部采用SRAM51配合EEPROM52的方式，在稳压供电的情况下，完成通信过程中的高速读写操作。每次Vcc上电时SRAM51会自动从EEPROM52中拷贝数据，在通信过程中起高速缓存作用，打印机运行过程中对高速墨盒芯片的读写数据都是由SRAM51直接完成，而为了保证打印机掉电后，记录墨水余量和打印状态的墨盒芯片数据仍能保持，本发明的高速墨盒芯片会在芯片完全掉电前将SRAM51中的数据高速完整写入EEPROM52替换原有数据，供下次上电后继续使用，这样就保证了墨盒芯片数据在上机使用过程的非易失性、连续性和稳定性。

为实现这种SRAM51在线读写，EEPROM52掉电保存的工作方式，本发明对原有EEPROM电路进行改进，主要增加了EEPROM52与SRAM51的通信接口；更改写入方式（有选择范围的写入，而不是每次写都整个array<存储阵列>的写入，可以缩短写入时间）；缩短控制EEPROM52擦除和写入时间的内部定时器时间，使得EEPROM 52在器件、工艺支持的范围内最小化擦除和写入的时间。从而使其不仅拥有最小化的读写速度，同时可在电源转换与控制单元3的供电支持下按指定时序要求完成数据的存取，保证外部端口与打印机主机10MHz以上的数据交换需求。

如图5所示，数字通信接口电路6包括产生复位信号的复位产生模块61、接收打印机的数字通信信号并对其进行过滤的滤波电路62、与滤波电路62相连用于缓存内部通信信号的输入缓存模块63、与逻辑控制单元4相连并用于缓存输出内部数据信号的输出缓存模块64。数字通信接口电路6用来对打印机发送的数字通信信号做相应处理后，提供内部通信信号给逻辑控制单元4，同时对逻辑控制单元4输出数据处理后返回给打印机。复位产生模块61产生的复位信号，用来复位整个内部电路，和启动SRAM 51的数据初始化。另外，数字通信信号由于连线、串扰、接触等影响，信号特性会变差，如产生毛刺，边沿抖动等，滤波电路6可以滤除接收信号上多余的毛刺和抖动，并起到整形作用，使得芯片内部接收到干净完整的信号，进行正确的通信。

图5中的SDA是数据线，打印机发送给墨盒芯片的数据是通过这根线，同时另一方向的数据传送，即墨盒芯片发送给打印机的数据也是通过这根信号线，所以对于整个墨盒芯片来说，数据的输入输出共用SDA信号线，这是一个半双工通信线。数据输入时，信号通过滤波电路进入内部；数据输出时，输出数据从输出缓存模块发送到该SDA信号线上被打印机接收。

逻辑控制单元4是处理打印机和墨盒芯片通信协议的主控单元，其主要作用是解析打印机的通信协议，进行逻辑判断，加解密操作，产生各种内部控制信号控制高速存储单元5，实现对高速存储单元5的高速读写，并把返回数据按协议所规定的格式编码输出。

本发明高速墨盒芯片，功能和应用高集成度，无需外部电源供电，有效地降低了墨盒生产、运输和保存难度，提高了墨盒数据保存的稳定性和可靠性。同时，内部特殊的高速存储单元，加上电源单元的取电和维持供电功能，使得该芯片具有快读写能力，与打印机间的通信速度可超过10MHz以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高速墨盒芯片，其特征在于，包括：接收打印机发送的HVP高压脉冲信号和HVN高压脉冲信号并生成高压测试信号的高压传感器信号检测单元（1），与所述高压传感器信号检测单元（1）相连、接收所述高压测试信号、产生激励响应并反馈给所述打印机的高压传感器信号反馈单元（2），与所述高压传感器信号检测单元（1）和数字通信接口电路（6）相连、接收所述高压测试信号和所述数字通信接口电路（6）生成的内部通信信号、转换从所述高压测试信号和所述内部通信信号取电的电能电压并生成内部供电信号的电源转换与控制单元（3），与所述电源转换与控制单元（3）和数字通信接口电路（6）相连、接收所述内部供电信号和所述内部通信信号并生成内部数据信号和内部控制信号的逻辑控制单元（4），与所述电源转换与控制单元（3）和所述逻辑控制单元（4）相连、接收所述逻辑控制单元（4）发送的内部控制信号、高速读写和存储数据并反馈给所述逻辑控制单元（4）的高速存储单元（5），以及与所述电源转换与控制单元（3）和逻辑控制单元（4）相连、处理接收自所述打印机的数字通信信号、向所述电源转换与控制单元（3）和所述逻辑控制单元（4）发送内部通信信号、处理接收自所述逻辑控制单元（4）的内部数据信号并将其发送给所述打印机的所述数字通信接口电路（6）。

2.根据权利要求1所述的高速墨盒芯片，其特征在于，所述电源转换与控制单元（3）包括从接收到的所述高压测试信号和所述内部通信信号采集和存储电能的取电模块（31）、与所述取电模块（31）相连并转换所述电能电压的转换模块（32）、以及与所述转换模块（32）相连并稳压输出所述内部供电信号的稳压输出模块（33）。

3.根据权利要求1所述的高速墨盒芯片，其特征在于，所述高速存储单元（5）包括接收所述逻辑控制单元（4）的所述内部控制信号并对数据进行高速缓存的SRAM（51）、与所述SRAM相连存储数据的EEPROM（52）。

4.根据权利要求1所述的高速墨盒芯片，其特征在于，所述数字通信接口电路（6）包括产生复位信号的复位产生模块（61）、接收所述打印机的数字通信信号并对其进行过滤的滤波电路（62）、与所述滤波电路（62）相连用于缓存所述内部通信信号的输入缓存模块（63）、与所述逻辑控制单元（4）相连并用于缓存输出内部数据信号的输出缓存模块（64）。

5.根据权利要求1所述的高速墨盒芯片，其特征在于，所述高压传感器信号检测单元（1）为定制的等效电路的模拟电路。