CN106300637A - 芯片供电电路、芯片、墨盒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种芯片供电电路，尤其涉及一种切换打印机电源和电池供电的芯片供电电路、以及应用该芯片供电电路的芯片和墨盒。包括用于连接第一电源的总输入端、用于连接芯片的总输出端、以及电容，所述总输入端与所述总输出端连接，所述电容的一端连接所述总输出端，所述电容的另一端接地；其特征在于：还包括第二电源、开关单元，所述第二电源的输出端通过所述开关单元连接至所述总输出端；所述开关单元在所述第一电源长时间掉电时闭合，连通所述第二电源为芯片供电；所述开关单元在所述第一电源短时间掉电时断开，断开所述第二电源与所述芯片时间的电连接。采用电池和打印机给芯片供电，极大的节省电池电量，提高芯片在上机认证时的相应速度。

Description

芯片供电电路、芯片、墨盒
技术领域
本发明涉及一种芯片供电电路，尤其涉及一种切换打印机电源和电池供电的芯片供电电路、以及应用该芯片供电电路的芯片和墨盒。
背景技术
打印机在工作时，对墨盒芯片的供电并不是持续的。打印机在工作是会经历不同时长的掉电（如图1）。此时，芯片不能通过打印机获得电源以维持其正常工作。
现有技术通常采用如图2所示的技术方案，在芯片电源输入端VIN_IC和打印机电源输出端Vprint之间接入外部电容C1。打印机供电时，外部电容C1充电储能；打印机掉电时，外部电容C1放电维持芯片工作,外部电容C1与打印机输出端Vprint之间设置单向导通单元，防止外部电容的输出电源倒灌至打印机端。但是，为了在打印机长时间掉电（掉电时间大于100ms）时给芯片提供足够的工作电压，维持芯片的正常工作，需要上百微法（uf）级的外部电容。这会导致电容充电时间过长（上电时间达到秒级），芯片在打印机认机过程中将不能及时响应打印机命令而出错。但是，如果单独使用电池给芯片供电，电池上的电量很快就会被放光。不仅浪费电源，而且电池的更换维护比较麻烦。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种芯片供电电路、芯片以及墨盒，采用电池和打印机给芯片供电，可以极大的节省电池电量。
本发明的技术方案如下：
一种芯片供电电路，包括用于连接第一电源的总输入端、用于连接芯片的总输出端、以及电容，所述总输入端与所述总输出端连接，所述电容的一端连接所述总输出端，所述电容的另一端接地；其特征在于：还包括第二电源、开关单元，所述第二电源的输出端通过所述开关单元连接至所述总输出端；所述开关单元在所述第一电源长时间掉电时闭合，连通所述第二电源为芯片供电；所述开关单元在所述第一电源短时间掉电时断开，断开所述第二电源与所述芯片时间的电连接。
作为优选，所述长时间掉电，是指掉电时间大于等于100毫秒；所述短时间掉电，是指掉电时间小于100毫秒。
作为优选，所述第二电源的输出电压低于所述第一电源的输出电压；所述开关单元在所述第一电源上电时，保持闭合。
作为优选，所述总输入端与所述总输出端之间设有第一单向导通单元，所述第一单向导通单元的输入端与所述总输入端连接，所述第一单向导通单元的输出端与所述总输出端连接；所述第二电源的输出端与所述总输出端之间设有第二单向导通单元，所述第二单向导通单元的输入端与所述第二电源的输出端连接，所述第二单向导通单元的输出端与所述开关单元的输入端连接，所述开关单元的输出端与所述总输出端连接。
作为优选，所述芯片供电电路还包括开关控制单元，所述开关控制单元包括电池使能输入端、第一电源信号输入端、控制信号输出端；所述第一电源信号输入端连接所述总输入端，所述控制信号输出端连接所述开关单元的控制输入端；所述控制信号输出端在所述第一电源信号输入端输入高电平时，输出控制所述开关单元闭合的电信号；所述控制信号输出端在所述第一电源信号输入端输入低电平时，根据所述电池使能输入端输入的电信号输出相应的控制电信号。
作为优选，所述开关控制单元包括控制信号转换模块和与非门，所述控制信号转换模块的输入端连接所述电池使能输入端，所述与非门的第一输入端连接所述外部电源信号输入端，所述与非门的第二输入端连接所述控制信号转换模块的输出端，所述与非门的输出端连接所述控制信号输出端。
作为优选，所述与非门的输出端和所述控制信号输出端之间设有缓冲器。
作为优选，所述控制信号转换模块包括：第一转换晶体管、第二转换晶体管、第三转换晶体管和第四转换晶体管、第一反相器和第二反向器；所述第一反相器的输入端连接所述控制信号转换模块的输入端，所述第一反相器的输出端连接所述第二反向器的输入端；所述第一转换晶体管的栅极、所述第二转换晶体管的漏极、以及所述第四转换晶体管的漏极连接所述控制信号转换模块的输出端；所述第三转换晶体管的漏极和所述第四转换晶体管的源极接地；所述第一转换晶体管的漏极、所述第二转换晶体管的源极连接所述第二单向导通单元的输出端；所述第一转换晶体管的衬底连接其漏极，所述第一转换晶体管的源极连接所述第三转换晶体管的漏极；所述第二转换晶体管的栅极连接所述第一转换晶体管的栅极，所述第二转换晶体管的衬底链接其源极；所述第三转换晶体管的栅极连接所述第二反相器的输出端，所述第三转换晶体管的衬底连接其源极；所述第四转换晶体管的栅极连接所述第一反相器的输出端，所述第四转换晶体管的衬底连接其源极。
作为优选，所述开关控制单元还包括芯片电源输入端，所述控制信号转换模块还包括芯片电源监控模块，所述芯片电源监控模块的输入端连接所述芯片电源输入端；所述芯片电源监控模块使得所述开关控制单元在所述芯片电源掉电时，输出控制所述开关单元断开的电信号。
作为优选，所述芯片电源监控模块包括第一监控晶体管、第二监控晶体管、缓冲器和第二反相器；所述缓冲器的输入端连接所述芯片电源监控模块的输入端，所述缓冲器的输出端连接所述第二反相器，所述第二反相器的输出端连接所述第二监控晶体管的栅极；所述第一监控晶体管的栅极连接所述缓冲器的输出端，所述第一监控晶体管的源极连接所述第二单向导通单元的输出端，所述第一监控晶体管的漏极连接所述第一转换晶体管的源极，所述第一监控晶体管衬底连接其源极；所述第二监控晶体管的漏极连接所述控制信号转换模块的输出端，所述第二监控晶体管的源极接地，所述第二监控晶体管的衬底连接其源极。
作为优选，所述开关单元包括开关晶体管、以及衬底选择模块；所述开关晶体管的源极连接所述第二单向导通单元的输出端，所述开关晶体管的漏极连接所述总输出端，所述开关晶体管的栅极连接所述开关单元的控制输入端；所述衬底选择模块的第一选择输入端连接所述第二单向导通单元的输出端，所述衬底选择模块的第二选择输入端连接所述总输出端，所述衬底选择模块的输出端连接所述开关晶体管的衬底。
作为优选，所述衬底选择模块包括第一选择晶体管和第二选择晶体管，所述第一选择晶体管的源极连接所述第一选择输入端，所述第一选择晶体管的漏极和衬底与所述第二选择晶体管的漏极和衬底连接，所述第一选择晶体管的栅极连接第二选择输入端；所述第二选择晶体管的源极连接所述第二选择输入端，所述第三选择晶体管的栅极连接所述第一选择输入端。
本发明还提供一种芯片，其特征在于：包括前述的芯片供电电路，所述芯片供电电路的总输出端连接所述芯片的电源输入端。
本发明也提供一种墨盒，其特征在于：包括上述的一种芯片，所述芯片供电电路的总输入端用于与打印机电连接。
本发明芯片电路供电电路连接打印机的电源输出端以及电池的输出端，电池的供电电压低于打印机供电电压。电池输出端与芯片供电电路的总输出端之间设有所述开关单元。在打印机的电源输出端有电源输出时，开关单元闭合，由于打印机的供电电压高于电池的供电电压，此时，芯片电路利用打印机的输出电源维持其正常工作。在打印机电源长时间掉电（毫秒级到秒级的掉电时间），导致打印机的电源输出端无电源输出时，开关单元闭合，此时，芯片利用电池的输出电源维持其正常工作。在打印机电源短时间掉电（低于毫秒级的掉电时间）时，开关单元断开。此时，通过外接于总输出端和地之间的电容为芯片供电。这样可以极大的节省电池的电量，并且可以采用电容值较小的外部电容，在打印机短时间掉电时（低于毫秒级的掉电时间）为芯片供电，解决了外部电容充电时间太长导致芯片在打印机认机过程中报错的问题。
附图说明
图1为打印机供电波形图。
图2现有技术供电芯片供电电路示意图。
图3实施例芯片供电电路示意图。
图4 开关单元电路结构示意图。
图5 开关控制单元结构示意。
图6控制信号与打印机波形图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
实施例一
一种墨盒，其墨盒芯片包括芯片电路和芯片供电电路。芯片供电电路的总输入端Vprint用于与打印机的电源输出端电连接，芯片供电电路的总输出端VIN_IC连接至芯片电路的电源输入端。
如图3，芯片供电电路的总输入端Vprint与总输出端VIN_IC之间通过单向导通单元A1连接，单向导通单元A1的输入端连接总输入端Vprint，单向导通单元A1的输出端连接总输出端VIN_IC。电池P1的负极接地，电池P1的正极与总输出端VIN_IC之间设有单向导通单元A2和受控开关S1，单向导通单元A2的输入端连接电池P1的正极，单向导通单元A2的输出端VB_1连接受控开关S1的一端，受控开关S1的另一端连接至总输出端VIN_IC。芯片供电电路的总输出端VIN_IC和地之间设置外部电容C1。
开关单元S1的电路结构如图4，包括三个PMOS管MP1、MP2、MP3。MP1的源极、MP2的漏极、以及MP3的栅极通过开关单元S1的一端连接至单向导通单元A2的输出端VB_1，MP1的漏极、MP2的栅极、以及MP3的源极通过开关单元S1的另一端连接至总输出端VIN_IC，MP1的栅极连接至开关单元的控制输入端SW_EN。MP1的衬底、MP2的衬底、MP2的源极、MP3的衬底、以及MP3的漏极连接在一起。MP1作为一个PMOS管，源极接VB1，漏极接VIN_IC，栅极接SW_EN，起开关的作用：SW_EN输入高电平时，MP1截止，VB1和VIN_IC之间没有通路；SW_EN输入低电平时，MP1导通，VB1和VIN_IC之间导通。MP2和MP3构成衬底选择单元，MP2的源极接VB1，漏极和衬底接MP1的衬底，栅极接VIN_IC；MP3的源极接VIN_IC,漏极和衬底接MP1的衬底，栅极接VB1。该电路使MP1的衬底选择VB1和VIN_IC较高的电压，保证MP1不会反向漏电。
开关控制单元的电路结构如图5，开关控制单元的第一电源信号输入端连接总输入端Vprint，控制信号输出端连接开关单元的控制输入端SW_EN。开关控制单元包括控制信号转换模块、二输入或非门A7、缓冲器A8。或非门A7的两个输入端分别连接控制信号转换单元的输出端b和第一电源信号输入端Vprint，或非门A7的输出端连接缓冲器A8的输入端，缓冲器A8的输出端连接至开关单元的控制信号输入端SW_EN。控制信号转换模块包括PMOS管MP4、MP5、MP6，NMOS管MN1、MN2、MN3，反相器A3、A4、A6，以及缓冲器A5。A3的输入端连接控制信号转换模块的输入端Battery_EN，用于接收控制芯片输出的电源使能信号。A3的输出端连接A4的输入端。MP5的栅极、MP6的漏极、以及MN2的漏极连接控制信号转换模块的输出端b。MN1的漏极和MN2的源极接地；MP5的漏极、MP6的源极连接VB_1；MP5的衬底连接其漏极，MP5的源极连接MN1的漏极；MP6的栅极连接MP5的栅极，MP6的衬底链接其源极；MN1的栅极连接A4的输出端，MN1的衬底连接其源极；MN2的栅极连接A3的输出端，MN2的衬底连接其源极。其中，MP4、MN3、缓冲器A5、以及反相器A6组成芯片电源监控模块。A5的输入端通过芯片电源监控模块的输入端连接至总输出端VIN_IC，缓冲器A5的输出端连接反相器A6，A6的输出端连接MN3的栅极；MP4的栅极连接A5的输出端，MP4的源极连接第二单向导通单元A2的输出端VB_1，MP4的漏极连接MP5的源极，MP4的衬底连接其源极；MN3的漏极连接控制信号转换模块的输出端SW_EN，MN3的源极接地，MN3的衬底连接其源极。
控制信号转换模块将Battery_EN信号的电压幅度（0--1.5V）由芯片内核电压转换为VB_1的电压幅度（0--2.7V）。其中MP4的栅极与芯片供电电压（即，芯片供电电路的VIN_IC端的电压）经过缓冲器A5（缓冲器A5的输出端与输入端VIN_IC之间有100ns的延时）的输出端相连，MN3的栅极与反相器A6的输出相连，这样设计可以避免在Vprint掉电的瞬间，开关单元S1误关断。控制信号转换模块的输出端SW_EN与二输入或非门A7的一个输入相连， A7的另一个输入端通过总输入端Vprint连接打印机的电源输出端，A7的输出连接到缓冲器A8的输入，A8的输出连接到SW_EN控制开关单元S1的断开和闭合。这样可以保证在打印机端有电源输出时开关S1闭合，只有打印机端没有电源输出时，开关单元S1才可能根据Battery_EN的信号闭合，切换到电池P1给芯片供电：
Battery_EN的输入电压为0-1.5V，VB_1的输入电压为0-2.7V。当Battery_EN输入为高电平时，A3输出低电平，导致MN2截止；并且，此时A5输出高电平，导致MN1导通，a点被拉倒低电平，导致MP6导通，b点（即控制信号转换模块的输出端）输出VB_1（即2.7V）的电压，这样就实现了1.5V高电平到2.7V高电平的转换。当Battery_EN输入为低电平时，A3输出低电平，导致MN1截止；同时A3输出高电平，导致MN2导通，将b点拉低，这样b点（即控制信号转化模块的输出端）输出与Battery_EN的输入同相。芯片电路在没有电源时，其用于输出Battery_EN信号的端口输出的Battery_EN信号处于未知态。缓冲器A5，反相器A6，MN3和MP4组成的芯片电源监控模块，确保在芯片供电电压VIN_IC为低时（即表示芯片电路没有电源），b点输出低电平，受控开关S1断开。当VIN_IC为低，A5输出低电平，MP4导通，a点输出VB_1的电压，导致MP6截止;并且此时A6输出高电平，MN3导通，b点被拉到低电平。当VIN_IC为高，A5输出高电平，A6输出低电平，对MP4和MN3的导通截止无影响。
本实施例中，控制信号与打印机波形如图6。当Battery_EN信号为低时，采用打印机为芯片电路供电，芯片电源跟随打印机电源变化而变化；当Battery_EN为高，并且打印机电源为高时，采用打印机为芯片电路供电 ，芯片电源跟随打印机电源变化而变换；当Battery_EN为高，并且打印机电源掉电时，切换到电池为芯片电路供电，因为电池电压比打印机电压低，会导致这时的芯片电源电压略低于打印机供电时的芯片电源电压。
芯片电路根据打印机的信号判断打印机接下来是否会有掉电发生，并进一步判断，接下来的打印机掉电是长时间掉电（掉电时长t1大于100ms）还是短时间掉电（掉电时长t2小于100ms）。芯片电路从打印机特定命令响应（表示该命令响应期间打印机将会有长时间的掉电）开始，将Battery_EN拉高，电池到芯片电路的电源输入端的通路导通。当该打印机特定命令响应结束后（表明打印机已恢复上电），Battery_EN拉低，电池到芯片电路的电源输入端的通路断开。
实施例二
芯片电路在打印机的每一条命令（不只是特性命令）响应开始，都将Battery_EN拉高，电池到芯片电路的电源输入端的通路导通，并保持Battery_EN的高电平的t3时间（大于100ms）。在t3以后，将Battery_EN拉低，电池到芯片电路的电源输入端的通路断开。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (14)

1.一种芯片供电电路，包括用于连接第一电源的总输入端、用于连接芯片的总输出端、以及电容，所述总输入端与所述总输出端连接，所述电容的一端连接所述总输出端，所述电容的另一端接地；其特征在于：还包括第二电源、开关单元，所述第二电源的输出端通过所述开关单元连接至所述总输出端；所述开关单元在所述第一电源长时间掉电时闭合，连通所述第二电源为芯片供电；所述开关单元在所述第一电源短时间掉电时断开，断开所述第二电源与所述芯片时间的电连接。
2.根据权利要求1所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述长时间掉电，是指掉电时间大于等于100毫秒；所述短时间掉电，是指掉电时间小于100毫秒。
3.根据权利要求1所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述第二电源的输出电压低于所述第一电源的输出电压；所述开关单元在所述第一电源上电时，保持闭合。
4.根据权利要求3所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述总输入端与所述总输出端之间设有第一单向导通单元，所述第一单向导通单元的输入端与所述总输入端连接，所述第一单向导通单元的输出端与所述总输出端连接；所述第二电源的输出端与所述总输出端之间设有第二单向导通单元，所述第二单向导通单元的输入端与所述第二电源的输出端连接，所述第二单向导通单元的输出端与所述开关单元的输入端连接，所述开关单元的输出端与所述总输出端连接。
5.根据权利要求4所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述芯片供电电路还包括开关控制单元，所述开关控制单元包括电池使能输入端、第一电源信号输入端、控制信号输出端；所述第一电源信号输入端连接所述总输入端，所述控制信号输出端连接所述开关单元的控制输入端；所述控制信号输出端在所述第一电源信号输入端输入高电平时，输出控制所述开关单元闭合的电信号；所述控制信号输出端在所述第一电源信号输入端输入低电平时，根据所述电池使能输入端输入的电信号输出相应的控制电信号。
6.根据权利要求5所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述开关控制单元包括控制信号转换模块和与非门，所述控制信号转换模块的输入端连接所述电池使能输入端，所述与非门的第一输入端连接所述外部电源信号输入端，所述与非门的第二输入端连接所述控制信号转换模块的输出端，所述与非门的输出端连接所述控制信号输出端。
7.根据权利要求6所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述与非门的输出端和所述控制信号输出端之间设有缓冲器。
8.根据权利要求6所述的一种芯片供电电路，其特征在于： 所述控制信号转换模块包括：第一转换晶体管、第二转换晶体管、第三转换晶体管和第四转换晶体管、第一反相器和第二反向器；所述第一反相器的输入端连接所述控制信号转换模块的输入端，所述第一反相器的输出端连接所述第二反向器的输入端；所述第一转换晶体管的栅极、所述第二转换晶体管的漏极、以及所述第四转换晶体管的漏极连接所述控制信号转换模块的输出端；所述第三转换晶体管的漏极和所述第四转换晶体管的源极接地；所述第一转换晶体管的漏极、所述第二转换晶体管的源极连接所述第二单向导通单元的输出端；所述第一转换晶体管的衬底连接其漏极，所述第一转换晶体管的源极连接所述第三转换晶体管的漏极；所述第二转换晶体管的栅极连接所述第一转换晶体管的栅极，所述第二转换晶体管的衬底链接其源极；所述第三转换晶体管的栅极连接所述第二反相器的输出端，所述第三转换晶体管的衬底连接其源极；所述第四转换晶体管的栅极连接所述第一反相器的输出端，所述第四转换晶体管的衬底连接其源极。
9.根据权利要求8所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述开关控制单元还包括芯片电源输入端，所述控制信号转换模块还包括芯片电源监控模块，所述芯片电源监控模块的输入端连接所述芯片电源输入端；所述芯片电源监控模块使得所述开关控制单元在所述芯片电源掉电时，输出控制所述开关单元断开的电信号。
10.根据权利要求9所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述芯片电源监控模块包括第一监控晶体管、第二监控晶体管、缓冲器和第二反相器；所述缓冲器的输入端连接所述芯片电源监控模块的输入端，所述缓冲器的输出端连接所述第二反相器，所述第二反相器的输出端连接所述第二监控晶体管的栅极；所述第一监控晶体管的栅极连接所述缓冲器的输出端，所述第一监控晶体管的源极连接所述第二单向导通单元的输出端，所述第一监控晶体管的漏极连接所述第一转换晶体管的源极，所述第一监控晶体管的衬底连接其源极；所述第二监控晶体管的漏极连接所述控制信号转换模块的输出端，所述第二监控晶体管的源极接地，所述第二监控晶体管的衬底连接其源极。
11.根据权利要求5所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述开关单元包括开关晶体管、以及衬底选择模块；所述开关晶体管的源极连接所述第二单向导通单元的输出端，所述开关晶体管的漏极连接所述总输出端，所述开关晶体管的栅极连接所述开关单元的控制输入端；所述衬底选择模块的第一选择输入端连接所述第二单向导通单元的输出端，所述衬底选择模块的第二选择输入端连接所述总输出端，所述衬底选择模块的输出端连接所述开关晶体管的衬底。
12.根据权利要求11所述的一种芯片供电电路，其特征在于：所述衬底选择模块包括第一选择晶体管和第二选择晶体管，所述第一选择晶体管的源极连接所述第一选择输入端，所述第一选择晶体管的漏极和衬底与所述第二选择晶体管的漏极和衬底连接，所述第一选择晶体管的栅极连接第二选择输入端；所述第二选择晶体管的源极连接所述第二选择输入端，所述第三选择晶体管的栅极连接所述第一选择输入端。
13.一种芯片，其特征在于：包括权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12所述的芯片供电电路，所述芯片供电电路的总输出端连接所述芯片的电源输入端。
14.一种墨盒，其特征在于：包括权利要求13所述的一种芯片，所述芯片供电电路的总输入端用于与打印机电连接。
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