CN103302988B - 存储芯片及其电源管理方法、耗材容器、成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种存储芯片，包括主控制单元、与主控制单元连接的存储单元及电源控制单元，电源控制单元与主控制单元及存储单元连接，存储单元包括非易失性存储器，电源控制单元用于根据存储芯片的状态来调整存储芯片的输出电压，电源控制单元包括互相连接的控制单元和电压调整单元，控制单元用于识别电压类型，并据此发出调整命令，电压调整单元用于根据控制单元的调整命令来调整输出电压；本发明还提供了一种存储芯片电源管理方法、具有该存储芯片的耗材容器及成像设备，采用本发明能有效降低存储芯片静态的功耗、延长存储芯片使用寿命。

Description

存储芯片及其电源管理方法、耗材容器、成像设备

技术领域

本发明涉及一种存储芯片及其电源管理方法，具体地说，涉及一种用于耗材容器的存储芯片及其电源管理方法，本发明还涉及具有上述存储芯片的耗材容器、成像设备。

背景技术

本发明所说的成像设备是指将文字、图案等电信号转换为在纸张等介质上形成可视图像的设备，例如喷墨类或激光类的打印机、复印机、传真机及多功能一体机。

常用的两种打印机是喷墨打印机和激光打印机，喷墨打印机使用容纳有墨水的墨盒作为耗材容器向打印机提供打印用的墨水，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向打印机提供打印用的碳粉，以在介质上形成需要打印的文字或图案，复印机、传真机及多功能一体机的成像原理、使用耗材容器等与打印机基本相同。本发明所说的耗材是指墨水或碳粉。

如图1、图2所示，耗材容器的壳体上一般都安装有存储芯片13，存储芯片13具有一块基板16，在基板16上安装有电子模块17，电子模块17用于存储与成像设备通讯所需的数据、实现与成像设备之间的通讯操作，其中包括接收成像设备信号及电能的通讯部分和集成电路部分，通讯部分一般是电触点或感应线圈，集成电路部分中包括有一个存储单元和一个主控制单元，该存储单元中存储与耗材容器相关的数据和打印过程中产生的数据，包括：耗材容器厂家代码、耗材容器生产日期、耗材容器型号、总打印量、已消耗打印页数、耗材容器内耗材余量、耗材容器的初始打印时间、上一打印操作时间等。存储单元一般包括非易失性存储器和易失性存储器，也可以只包括非易失性存储器，非易失性存储器中保存的数据在存储芯片13掉电后仍能永久保存，其写入数据的时间较长，一般采用EEPROM或flash等；易失性存储器中保存的数据在存储芯片13掉电后会丢失，其读写数据较快，一般采用RAM或SRAM或DDRAM等，上述存储单元的组成结构中，一般还包括有蓄电单元，当成像设备停止对存储芯片13供电时，蓄电单元可以作为备用电源给存储芯片13供电。主控制单元与存储单元连接，用于控制存储单元的数据存取操作。

耗材容器安装到成像设备上时，成像设备从存储芯片13中的存储单元读取数据，判断该耗材容器是否适用于该台成像设备；当耗材容器使用一段时间后，成像设备还会读取该存储单元中的耗材余量等信息以判断是否能够继续工作，存储芯片13通过与成像设备之间的数据通讯以实现对成像设备的匹配认证、与成像设备之间的数据通讯控制及提供工作过程中的数据信息；在存储芯片13与成像设备进行数据通讯时，该存储芯片13处于工作状态，其工作电压范围是：2.7V~5.0V之间，一般选3.3V供电比较多，存储芯片13的工作电压越高则静态电流越大，由于存储芯片13与成像设备的数据通讯时间都较短，因此，大部分情况下，存储芯片13都处于非工作状态，即静态，静态功耗则是指漏电流功耗，是电路状态稳定时的功耗，其数量级很小，是电源电压与电源电流之乘积，其功耗的大小受到电源电压及电流两个因素影响，若存储芯片13在静态时电流比较大，对于需要电池供电的环境，影响存储芯片13的使用寿命，对需要外设提供电源的情形，既不经济也不环保。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可有效降低芯片静态功耗的存储芯片，以弥补上述现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供的存储芯片包括主控制单元、与所述主控制单元连接的存储单元及电源控制单元，电源控制单元与主控制单元及存储单元连接，用于根据存储芯片的工作状态来调整存储芯片的输出电压。

由上方案可见，由于在存储芯片中设置有电源控制单元，当存储芯片处于正常工作状态时，电源控制单元调整存储芯片的输出电压为工作电压，当存储芯片处于非工作状态时，电源控制单元调整存储芯片的输出电压为休眠电压，存储芯片的休眠电压指能维持存储芯片内部寄存器数据不改变的电压，其以不会造成存储芯片工作异常且保持在易失性存储器中的数据不被丢失为准，同时又必须满足降低存储芯片静态功耗的需求，一般而言，休眠电压设定在1.2~2.0V范围内比较合适。如此，在存储芯片非工作状态时，设定其电压在1.2~2.0V之间，能够有效地降低存储芯片在非工作状态（静态）下的功耗，进而确保存储芯片各个单元的稳定工作，保障数据通讯的准确性、延长存储芯片使用寿命。

其进一步技术方案是，电源控制单元包括互相连接的控制单元和电压调整单元；控制单元用于识别电压类型，并据此发出调整命令；电压调整单元用于根据控制单元的调整命令来调整输出电压。

由于在电源控制单元中采用控制单元和电压调整单元，控制单元可以检测存储芯片是否处于工作状态，然后根据判断结果发出调整命令，电压调整单元根据该调整命令，将输出电压调整为工作电压或休眠电压，从而使得存储芯片在静态下的功耗大幅度降低。

其更进一步技术方案是，电源控制单元还包括上电复位单元，上电复位单元用于产生复位信号给主控制单元。

由上方案可见，上电复位单元可以在成像设备对存储芯片供电一段时间后，产生一个复位信号给主控制单元，以保证整个存储芯片能够可靠工作。

存储芯片还包括与电源控制单元连接的蓄电单元，电源控制单元还包括电源切换单元，该电源切换单元用于切换使用成像设备或蓄电单元对存储芯片供电。

当存储芯片中设置有蓄电单元时，本方案的电源控制单元还包括电源切换单元，当成像设备对存储芯片供电时，电源切换单元使用成像设备供电，当成像设备掉电时，电源切换单元使用蓄电单元供电，如此，给存储芯片提供稳定地电源，进而保证存储芯片能够稳定工作。

本发明的另一目的是提供了一种存储芯片电源管理方法，该存储芯片如上所述结构，其电源管理方法是：当成像设备与存储芯片进行数据通讯时，电源控制单元调整存储芯片的输出电压为工作电压；当成像设备与存储芯片停止数据通讯时，电源控制单元调整存储芯片的输出电压为休眠电压。

由上方案可见，成像设备与存储芯片进行数据通讯时，存储芯片处于正常工作状态，此时调整存储芯片输出电压为工作电压；当成像设备与存储芯片停止数据通讯时，存储芯片处于非工作状态，即静态，此时调整存储芯片输出电压为休眠电压，即在1.2~2.0V之间；能够有效降低存储芯片在非工作状态的功耗，节约能源、延长存储芯片的使用寿命。

本发明的又一目的是提供一种耗材容器，包括壳体，壳体围成容纳耗材的腔体，壳体的外壁上安装有如上所述的存储芯片。

本方案所提供耗材容器由于安装有如上存储芯片，因此，可以利用成像设备停止与存储芯片的数据通讯时的使能信号，调整存储芯片的输出电压为休眠电压，有效降低存储芯片在静态的功耗。

本发明的又一目的是提供一种成像设备，包括成像单元和耗材容器，耗材容器上安装有如上所述的存储芯片。

成像设备上的耗材容器上设置有如上所述的存储芯片，该存储芯片在静态的供电电压为休眠电压，因此，能有效降低存储芯片在静态的功耗、延长存储芯片使用寿命。

附图说明

图1是现有存储芯片的结构示意图。

图2是现有存储芯片集成电路部分的结构示意图。

图3是本发明存储芯片实施例的结构示意图。

图4是本发明存储芯片实施例之集成电路部分与喷墨打印机的信号连接示意图。

图5是本发明存储芯片实施例之电源控制单元的结构示意图。

图6是本发明存储芯片实施例之控制单元的结构示意图。

图7是本发明存储芯片实施例之电源切换单元的结构示意图。

图8是本发明存储芯片实施例之电压调整单元的结构示意图。

图9是本发明存储芯片实施例之复位单元的结构示意图。

图10是本发明墨盒实施例的示意图。

图11是本发明打印机实施例的示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步进行说明。

具体实施方式

存储芯片实施例

本发明提供的存储芯片23用于墨盒，参见图3、图4，该存储芯片23包括基板26及安装于基板26上的电子模块27；电子模块27包括电触点和集成电路部分，电触点作为通讯部分用于接收喷墨打印机信号及电能，集成电路部分包括：主控制单元、接口单元、存储单元、蓄电单元及电源控制单元，接口单元为数据通讯提供协议或接口，存储单元包括非易失性存储器和易失性存储器，本例中采用EEPROM作为非易失性存储器，其中存储墨盒型号、厂家代码、生产日期等信息，采用SRAM作为易失性存储器，其中存储墨水余量、总打印量、已消耗打印页数、上一打印操作时间、打印过程的使用状态等，上述非易失性存储器中的数据可被主控制单元读访问或写访问，易失性存储器中的数据可被主控制单元进行读访问或写访问，从而可以实现墨盒识别和使用过程状态的记录；主控制单元是墨盒与喷墨打印机通讯的控制核心，用于控制存储单元的读写操作，主控制单元与接口单元、存储单元及电源控制单元连接；电源控制单元分别与接口单元、存储单元及蓄电单元连接，该电源控制单元用于根据存储芯片23所处的状态来调整存储芯片23的输出电压；本例中采用电池BATT作为蓄电单元。

参见图5，电源控制单元包括：控制单元、电压调整单元、上电复位单元和电源切换单元，电源控制单元具有：外部电源VDD、电池电源输入端V_BAT、电压调整控制信号CTL、数据通讯使能信号CS以及电源输出端VCC，控制单元与上电复位单元、电源切换单元和电压调整单元连接，电源切换单元与电压调整单元连接。控制单元用于实现对电源控制单元中各个单元的控制，还用于识别电压类型，并据此发出调整命令；电压调整单元用于根据控制单元的调整命令来调整输出电压；上电复位单元用于在喷墨打印机（外部电源VDD）供电时，产生复位信号给主控制单元；电源切换单元用于切换使用喷墨打印机（外部）或蓄电单元对存储芯片23进行供电。

其中：

实现控制单元的具体组成参见图6，本例采用逻辑或非门U1实现对电压调整控制输出信号CTL_EN1的控制，采用比较器U2实现对外部供电VDD及电池BATT供电V_BAT的切换，如果存储芯片23在外部供电VDD掉电后不需要将易失性存储器中的数据写入到非易失性存储器中，主控制单元则将电压调整控制信号CTL设置为低电平；如果存储芯片23在外部电源VDD掉电后需要将易失性存储器中的数据保存到非易失性存储器时，为了保证存储芯片23所存储数据的正确性，其工作电压VCC必须保持在正常工作电压，因此主控制单元需要将电压调整控制信号CTL设置为高电平，以使得电压调整控制输出信号CTL_EN1为低电平，从而使得电源控制单元的输出电压保持在正常工作电压。当电压调整控制信号CTL为低电平且数据通讯使能信号CS为低电平时，逻辑或非门U1输出的电压调整控制输出信号CTL_EN1为高电平；否则，只要数据通讯使能信号CS或电压调整控制信号CTL任一为高电平时，逻辑或非门U1输出的电压调整控制输出信号CTL_EN1均为低电平。当外部电源VDD供电时，外部电源VDD的电压一般会比电池电压V_BAT高，因此，比较器U2输出的电源切换信号CTL_EN2为低电平，当外部电源VDD掉电时，外部电源VDD的电压比电池电压V_BAT低，因此，比较器U2输出的电源切换信号CTL_EN2为高电平。

实现电源切换单元的具体组成参见图7，当外部电源VDD（喷墨打印机）供电时，电源切换信号CTL_EN2为低电平，PMOS开关管Q1导通，外部供电VDD电压经PMOS管Q1输出到VIN，此处，电容C1的作用是用于滤波，反相器U3输出高电平，PMOS管Q2截止，电池BATT不再对存储芯片23供电；当外部电源VDD掉电时，外部电源VDD变为低电平，电源切换信号CTL_EN2为高电平，PMOS开关管Q1截止，反相器U3输出低电平，PMOS开关管Q2导通，电池BATT经PMOS开关管Q2给VIN及存储芯片23供电。

电压调整单元的具体组成如图8所示，当数据通讯使能信号CS为高电平，即喷墨打印机需与存储芯片23进行数据通讯时，电压调整控制信号CTL为低电平，电压调整控制输出信号CTL_EN1为低电平，反相器U4输出高电平，PMOS开关管Q3导通，VCC与VIN的电压几乎相等，此时PMOS开关管Q4截止。当数据通讯使能信号CS为低电平，即喷墨打印机停止与存储芯片23进行数据通讯时：如果主控制单元需要将易失性存储器中的数据信息转存到非易失性存储器中，则需要将电压调整控制信号CTL设为高电平，电压调整控制输出信号CTL_EN1为低电平，则反相器U4输出高电平，PMOS开关管Q3导通而PMOS开关管Q4截止，VCC与VIN的电压几乎相等；如果主控制单元不要需要将易失性存储器中的数据信息转存到非易失性存储器中，或已完成了将易失性存储器中的数据转存到非易失性存储器中的操作，则将电压调整控制信号CTL设为低电平，那么CS也是低电平，那么U1或非门输出CTL_EN1变为高电平，则反相器U4输出低电平，PMOS开关管Q3截止而PMOS开关管Q4导通，VIN经PMOS开关管Q4及二极管D1、D2后传送到VCC，二极管D1、D2因为有导通压降，二极管的导通压降一般在0.6V~0.7V之间，因此VCC的电压会比VIN低约1.4V，由于一般情况下，外部电源VDD供电电压为3.3V，此时VCC则会下降到约1.9V，当外部电源VDD供电电压为5.0V时，可将二极管串联的个数增加到5个，此时VCC输出约为1.8V，如此，都能满足休眠电压大于1.2V的条件，且静态电流能够低几个数量级。对于不同工艺的存储芯片，由于其工作电压不同，如5.0V或3.3V，因此其休眠电压也有所不同，休眠电压指能维持存储芯片内部寄存器数据不改变的电压，其以不会造成存储芯片工作异常且保持在易失性存储器中的数据不被丢失为准，其芯片电源端口电压只要大于1.2V都满足要求，为了满足以上要求，同时又尽可能降低静态电流，将休眠电压设定在1.2~2.0V范围内比较合适。因此，无论工作电压为3.3V还是5.0V，其休眠电压设置在1.2V~2.0V之间均可降低存储芯片23的静态功耗。图8中电容C2用于滤波。

上电复位单元的具体组成参见图9所示，在外部供电VDD上升的过程中，电阻R1对电容C3充电，产生复位信号Reset，当电容C3上的充电电压上升到反相器U5翻转时，反相器U6输出高电平，复位信号Reset结束。电容C3实现充放电的延迟；与电阻R1并联的二极管D3使得VDD掉电时电容C3蓄电能很快放电，以保证在下次外部供电VDD上电时复位信号的准确产生；上电复位单元中也可以不采用二极管D3，同样可以实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的一种变换，集成电路部分可以不包括蓄电单元，此时，电源控制单元中包括控制单元、上电复位单元和电压调整单元，上述变换同样可以实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的另一种变换，电压调整单元也可以选用LDO电压调整电路，上述变换同样可以实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的又一种变换，上电复位单元可以采用其他电路组成，还可以由包括启动单元、电压比较单元和脉宽展宽单元的更复杂电路来实现，只要能实现在外部上电延迟一段时间后输出复位信号Reset的功能，上述变换均可实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的又一种变换，电源控制单元中可以不采用上电复位单元，即只包括控制单元、电压调整单元和电源切换单元，存储芯片23的复位由外部控制信号完成；针对不包括蓄电单元的存储芯片，电源控制单元可以只包括控制单元和电压调整单元，上述变化同样可以实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的又一种变换，主控制单元可以采用其他控制器（如微控制器MCU），采用其软件设计实现其功能；也可采用可编程逻辑器件（如CPLD，FPGA等）通过硬件编程来实现，上述变换均可实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的又一种变换，可以将接口单元设置在主控制单元之外、电子模块27之内，接口单元与主控制单元连接，上述变换同样可以实现本发明的目的。

作为本发明存储芯片实施例的又一种变换，还可以用于碳粉盒存储芯片，此时，存储单元存放的是与碳粉盒相关的数据，其结构和工作原理与本实施例相似，该变换同样可以实现本发明的目的。

存储芯片电源管理方法实施例

本实施例中存储芯片23的结构如上述存储芯片实施例所述，其电源管理方法为：当喷墨打印机与存储芯片23进行数据通讯时，电源控制单元调整存储芯片23的输出电压为工作电压；当喷墨打印机与存储芯片23停止数据通讯时，电源控制单元调整存储芯片23的输出电压为休眠电压。

电源控制单元中的控制单元可以识别外部电源VDD是加入还是掉电，喷墨打印机是否开始与存储芯片23通讯及停止通讯。

如果存储芯片23中不采用蓄电单元，当外部电源VDD上电时，喷墨打印机与存储芯片23开始数据通讯时，控制单元会控制电压调整单元打开，VDD经电压调整单元输出正常电压值到VCC，同时经过一段延迟时间后，上电复位单元产生复位脉冲Reset。一般而言，正常电源电压指2.7~3.3V。上电复位单元在外部电源VDD上电延迟一定时间T后产生一个复位信号Reset，以提供给存储芯片23工作所需的初始复位。T一般在1us~1ms之间，具体要看喷墨打印机的实际需求。而当外部电源VDD掉电时，上电复位单元不会产生复位信号，只有当外部电源VDD重新上电时，上电复位单元才会产生复位信号。

当喷墨打印机停止与存储芯片23的数据通讯时，存储芯片23数据通讯使能信号CS会变为低电平，电源控制单元会自动将输出电源电压VCC电压降低到合适的休眠电压。而当喷墨打印机备重新开始与存储芯片23进行数据通讯时，CS会变为允许存储芯片23工作。电源控制单元一旦检测到这个使能允许信号CS，即时将输出电源电压提高到正常工作电压。

如果存储芯片23中采用蓄电单元，电源控制单元还可以判断是否选用蓄电单元，当外部电源VDD停止供电时，电源控制单元切换蓄电单元对存储芯片23供电，当外部电源VDD对存储芯片23供电时，电源控制单元截止蓄电单元对存储芯片23供电。

由于集成电路存储芯片静态电流与工作电压有很大关系，当喷墨打印机停止与存储芯片通信时，将存储芯片电源端电压降到休眠电压，能大幅降低存储芯片静态电流，从而大大降低存储芯片的功耗，延长存储芯片的使用寿命。针对采用电池供电的存储芯片23，有更大好处。

作为本发明存储芯片电源方法实施例的又一种变换，本发明所提供的方法还可以针对安装在激光打印机上的碳粉盒芯片，其具体工作过程与上述方法实施例相同。

墨盒实施例

参见图10，墨盒包括壳体，该壳体围成容纳墨水的腔体，壳体的外壁上安装有如上实施例所述的存储芯片23。

作为本发明墨盒实施例的一种变换，可以是安装有上述存储芯片23的碳粉盒，该碳粉盒结构与上述墨盒结构相似，其壳体外壁上安装有如上实施例所述的存储芯片23。

打印机实施例

喷墨打印机包括成像单元和墨盒，该墨盒上安装有如上所述的存储芯片23，其结构简图参见图11，图中存储芯片23未示出。

作为本发明打印机实施例的一种变换，可以是激光打印机，该激光打印机包括成像单元和碳粉盒，碳粉盒上安装有如上所述的存储芯片23。

作为本发明打印机实施例的另一种变换，还可以是复印机或传真机或多功能一体机等其他成像设备，上述变换同样可以实现本发明的目的。

本发明不限于上述各实施例及变换，其他基于本发明技术方案且不违背本发明目的的方法及其组合变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.存储芯片，包括

主控制单元；

存储单元，与所述主控制单元连接；

其特征在于：

还包括电源控制单元；

所述电源控制单元与所述主控制单元及所述存储单元连接，用于根据所述存储芯片的状态来调整所述存储芯片的输出电压；

所述电源控制单元包括互相连接的控制单元和电压调整单元；

所述电源控制单元的所述控制单元用于识别电压类型，并据此发出调整命令；

所述电压调整单元用于根据所述电源控制单元的所述控制单元的调整命令来调整输出电压。

2.如权利要求1所述的存储芯片，其特征在于：

所述电源控制单元还包括上电复位单元；

所述上电复位单元用于产生复位信号给所述主控制单元。

3.如权利要求2所述的存储芯片，其特征在于：

所述存储芯片还包括与所述电源控制单元连接的蓄电单元；

所述电源控制单元还包括电源切换单元，用于切换使用成像设备或所述蓄电单元对所述存储芯片供电。

4.如权利要求3所述的存储芯片，其特征在于：

所述存储单元包括非易失性存储器。

5.存储芯片电源管理方法，该存储芯片包括

主控制单元；及

存储单元，与所述主控制单元连接；

其特征在于：

所述存储芯片还包括与所述主控制单元及所述存储单元连接的电源控制单元；

所述电源控制单元包括互相连接的控制单元和电压调整单元；

所述电源控制单元的所述控制单元用于识别电压类型，并据此发出调整命令；

所述电压调整单元用于根据所述电源控制单元的所述控制单元的调整命令来调整输出电压；

当成像设备与所述存储芯片进行数据通讯时，所述电源控制单元调整所述存储芯片的输出电压为工作电压；

当成像设备与所述存储芯片停止数据通讯时，所述电源控制单元调整所述存储芯片的输出电压为休眠电压。

6.如权利要求5所述的存储芯片电源管理方法，其特征在于：

所述存储芯片还包括蓄电单元；所述电源控制单元还用于切换使用所述成像设备或所述蓄电单元以对所述存储芯片供电。

7.如权利要求5或6中任意一项所述的存储芯片电源管理方法，其特征在于：

所述电源控制单元还用于在成像设备供电时，产生复位信号给所述主控制单元。

8.耗材容器，包括壳体，所述壳体围成容纳耗材的腔体，

其特征在于：

所述壳体的外壁上安装有如权利要求1所述的存储芯片。

9.成像设备，包括成像单元和耗材容器，

其特征在于：

所述耗材容器上安装有如权利要求1所述的存储芯片。