CN1154607A - 带有串行输出的动态移位寄存器的喷墨打印头识别电路 - Google Patents

带有串行输出的动态移位寄存器的喷墨打印头识别电路 Download PDF

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Abstract

一种喷墨打印头识别系统，用于向喷墨打印机的电路部分提供打印头识别信息，包括集成到打印头芯片的一个或多个并行输入串行输出的动态移位寄存器，该芯片具有多个连接打印机电路部分和打印头电路部分的地址线。用单个数字位给每个移位寄存器编程和编码。在一个实施例中，在单个芯片地址线上由多个移位寄存器接收的电压脉冲(负载信号)给每个编码的寄存器的输入端加上寄存器自己的编码位。两个地址线为每个寄存器提供相继的顺序的时钟信号，以便把编码的信息串行移动到一个输出器件，打印机电路部分在这里读出打印头识别信息。

Description

带有串行输出的动态移位寄存器的喷墨打印头识别电路
本发明涉及喷黑打印头识别电路及方法。具体来说，本发明涉及使用移位寄存器向喷墨打印机控制器串行发送数字的打印头识别码的喷墨打印头识别电路。
喷墨型打印机使用的打印头由一系列喷口构成，这些喷口设在一个喷口板上，向打印表面喷油墨。有各种各样的喷墨方法，其中包括连续式压电式喷墨和热/气泡式喷墨。虽然在过去的二十多年来已经开发出好多种不同的喷墨技术，但今天最为流行的喷墨技术当属气泡喷墨，其中使一个小室中的油墨局部过热以形成膨胀的气泡，气泡推动墨滴穿过喷口并射向打印表面。压电打印机的作用方式与此类似，也是通过喷口喷墨的。但不气化小室中的油墨，而是通过压电陶瓷传感器产生偏折/膨胀，而后基本上是从小室中把油墨挤出来。陶瓷传感器在电场作用下要改变它的实际尺寸，从而在墨室中产生压力波，通过小室喷口喷出一定量油墨。压电喷墨技术和气泡喷墨技术1被认为是“墨滴请求”型技术或“脉冲式”技术，即只在请求时才从打印头排出一个墨滴。
每一种类型的喷墨打印技术都需要它自己的独特的打印头，并且打印头还可以根据参数而变，例如打印头是否只包含粉色油墨，打印头是否能进行彩色打印。一般来说，不同类型的打印头是可以互换的，只是由于打印头之间的实际差别所致，即用于彩色打印的打印头一般较大以容纳多种油墨颜色，绝大多数打印机不能容纳黑色油墨和彩色油墨这两者。其它的打印头参数包括：结构，分辨率、油墨喷口数目、喷口之间的距离。由于打印头可互换，所以打印机电路部分必须知道：装配的是什么特殊类型的打印头，以及有关各种打印头参数的信息，从而就可重新配置打印机控制系统中的算法，向打印头电路部分提供适当格式化的打印命令。
因此，期望为打印机电路部分提供有关装配的特定的打印头的特征的信息。为此，在打印头电路部分内对识别信息进行数字式编码并且使打印机电路部分在需要时能检索该信息。
为了向打印机电路部分提供打印头识别信息，在现有技术中已作出许多尝试，授予Buskirk等人的美国专利No.4872027公开的内容是：在激励打印头喷口的电阻器网络/阵列上提供附加的电接触片。在电阻器网络中有选择地电连接这些电接触片；以便按几个唯一结构之一来激励各个喷口，每一个这样的结构都确定一个特定的打印头。打印机可以检测到由这些电接触片的唯一结构提供的码、使装配的打印头的类型成为可以确定的了。为此，把各个电接触片有选择地连接到(或者不连接)电阻器电路或电路接线。通过逐个以高或低电压电平激励电阻器线，并检测和附加的电接触片有关的线上的电压电平的移动，就可以检测到连接(或者没有连接)。
另一种向打印机提供打印头识别信息的现有技术处理方法公开了一种设在打印头中的识别电路。授予Kikuchi等人的美国专利No.4,930,915公开了一种设在打印头中的打印头识别装置。在一个实施例中，当打印机电路部分在连接打印机电路部分和识别装置的单根线上读出“高”状态值时，则认定为一个24针打印头。9针打印头可由一“低”状态信号识别，在Kikuchi发明的另一个实施例中，一个并行一串行变换器可产生一个预定的识别信号。
授予Barbehenn等人的美国专利No.5,363,134公开了一种用于喷墨打印机的打印头的集成电路。该集成电路包括一个阵列电路，具有排列成行和列的多个电阻器单元，用于加热油墨罐，产生油墨喷口的分布图案。相应数目的行和列线耦合到阵列电路，以便按照期望的打印格式选择并激励电阻器单元。把一个识别电路也集成到和阵列电路相同的这个基片上。借助于多个对应于每个行线并且耦合到每个行线的可编程的路径可给该识别电路编程。这些可编程的路径每一个都包括一个串联的可编程的熔丝和一个有源器件。可编程路径的相对的两端在一个公共节点处耦合在一起，该公共节点又耦合到一个输出电路，以便响应行线的顺序查询提供一个串行输出信号。
Barbehenn能够提供给打印机电路部分的识别信息的位数受到可利用的行线的数目的限制。例如，如果连接阵列电路和打印机电路部分的行线总数为7，则因为每个可编程的路径都对应于并且要耦合到唯一的一个行线上，Barbehenn的识别电路只限于存贮7位识别信息，并且也只能存贮7位识别信息。为提供包含大于7位识别信息的识别电路，要求Barbehenn增加可利用的行线数或地址线数。
因此，需要一种最好不受连接现有的打印头电路部分和打印机电路部分的地址线数目限制的、有效的、廉价的、打印头识别电路。
本发明公开了一种在具有喷墨打印头的喷墨打印机中提供打印头识别信息的识别系统。该系统包括一个控制器和驱动电路，用于以时钟脉冲形式发送至少包括一个时钟信号的信号。控制器和驱动电路还接收信号。提供多个地址线，以便从控制器和驱动电路向喷墨打印头发送信号，其中包括至少一个时钟信号。设在喷墨打印头中的识别电路包含对应于打印头识别信息的数字码。对识别电路进行连接，以便从地址线接收至少一个时钟信号，识别电路响应于至少一个时钟信号以串行发送数字码。把输出线连接到识别电路以便向控制器发送数字码的各个位。对控制器进行连接，以便从输出线接收数字码的各个位，并且对控制器进行编程，以便中断数字码并确定打印头识别信息。
该识别系统进一步还包括一个温度读出电路，它连接到输出线，用于传送对应于打印头温度的信息。
识别电路的一个实例包括预定数目的移位寄存器。按照数字码对每一个移位寄存器编程，以响应至少一个时钟信号产生或为逻辑1、或为逻辑0的输出。
可对控制器和驱动电路进行配置，使其能在地址线上发送至少一个负载信号。当这样配置时，识别电路包括预定数目的移位寄存器，其中对每一个移位寄存器都按照数字码进行编程，以便可响应至少一个负载信号和至少一个时钟信号产生或为逻辑1或为逻辑0的输出。对控制器进行编程，以发送负载信号，并且在负载信号发送后中断作为数字码的输出线上的预定位数。
还可以对控制器和驱动电路进行配置，使其能在地址线上发送至少一个负载信号以及第一和第二时钟信号。在这样一种情况下，该识别电路包括一个负载电路和一个发送电路。对负载电路进行连接，使其能从地址线接收负载信号，负载电路响应于负载信号把数字码加到发送电路中，以此作为加有负载的数字码。发送电路响应于加有负载的数字码和第一及第二时钟信号在输出线上串行发送数字码。对控制器进行编程以发送负载信号，并且在负载信号发送后中断在输出线上的作为数字码的下一次预定数目的位。
按本发明的另一个实施例，把喷墨打印头识别电路集成到具有打印头电路部分、多个地址线、和打印头温度读出电路、并带有输出端的喷墨打印头芯片上。识别电路向喷墨打印机提供打印头识别信息，并且包括一个输出器件和多个编程的一位移位寄存器。移位寄存器与地址线和输出器件相互连接，以便响应于地址线上接收到的信号向输出器件串行移动寄存器的编程的内容。
信号例如可包括至少一个时钟信号和一个负载信号。在该例中，寄存器相互连接，以便响应于至少一个时钟信号和负载信号向输出器件串行移动其编程的内容。
作为输出器件的一个实例，可以是具有源极、漏极、和栅极的一个输出晶体管。输出晶体管的栅极接收串行移动的移位寄存器的编程内容。一个上拉器件在输出晶体管的漏极上上拉信号电平。输出晶体管接收移位寄存器的编程内容。一个放电器件在输出晶体管接收编程的内容以后使输出晶体管栅极的寄生电容放电。
这里还公开了本发明的另一个优选实施例，其中一个喷墨打印头集成电路向喷墨打印机电路部分提供打印头识别信息。该集成电路包括一个打印头阵列电路。对多个地址线进行连接，以便从打印机电路部分向打印头阵列电路发送信号。地址线包括传递第一及第二时钟信号的线，以及传递负载信号的线。把具有一个输出的温度读出电路连接到打印机电路部分。对编程的识别电路进行连接，以接收第一及第二时钟信号和负载信号。识别电路还响应于第一及第二时钟信号和负载信号向温度读出电路提供以串行数字格式输出的打印头识别信息。
这个实施例的识别电路的一个实例包括一个负载电路和一个发送电路。对该负载电路进行连接以接收来自地址线的负载信息，负载电路响应于负载信号而把识别信息装入发送电路。发送电路响应于装入的识别信息以及第一和第二时钟信号，在温度读出电路输出端上串行发送装入的识别信息。
本发明还公开了一种方法，用于向具有打印机电路部分的喷墨打印机和喷墨打印头提供喷墨打印头识别信息。该打印头包括一个集成电路，它具有：打印头阵列电路部分，带有连到打印机电路部分的输出端的温度读出电路、识别电路，连接到温度读出电路输出端的输出器件、以及相互连接识别电路和打印机电路部分的多个地址线。该方法包括如下步骤：将具有一位或多位的数字码编程进入识别电路。对码的每一位进行编程，使其或是一导电的短路线或是一不导电的间隙，其中的数字码对应于打印头识别信息。由打印机电路部分产生的信号，其中包括时钟脉冲形式的至少一个时钟脉冲，在地址线上发送到识别电路。响应于打印机电路部分产生的信号按串行数字格式向该输出器件发送数字码的一位或多位。数字码当发送到输出器件时由打印机电路部分读出。
该方法进一步还可包括如下步骤：打印机电路部分部分地根据每一位的状态，即是一间隙或是一短路线，从发送的数字码确定识别信息。
该方法还可包括如下步骤：经地址线向识别电路发送一个负载信号，以此作为打印机电路部分信号。
作为该方法中的另一个附加步骤，在向输出器件发送了数字码以后，可以复位该输出器件。
下面参照附图更加详细地描述本发明的优选实施例，其中在整个附图中相同的标号代表相同或相似的元件，其中：
图1是打印头识别系统的方块图；
图2是一位动态移位寄存器的电路图；
图3是一个4位的并行输入串行输出的识别电路的方块图；以及
图4是图3电路的定时关系图。
按本发明的优选实施例，图1中表示的是一个喷墨打印头识别系统20的方块图，识别系统20包括喷墨打印电路部分22和喷墨打印头电路部分24。一般来说，气泡式喷墨打印头中包含一个电阻器阵列或打印头阵列30，以便通过打印头上的一个喷口板(未示出)中的喷口汽化并喷出油墨。通过在地址线29上从打印机电路部分22接收的适当信号有选择地激励阵列30中的电阻器。在打印机电路部分22内部的微处理器控制器26一般是提供TTL电平输出的ASIC控制器，它向打印头驱动电路28送出打印数据命令。在优选实施例中，驱动电路28是一TEXAS INSTRUMENT 75373型100毫安推挽式驱动器。
驱动电路28把从控制器26接收的打印数据命令变换成经适当格式化的模拟脉冲，把这些脉冲分成多路，并且经过地址线29依次提供给打印头电路部分24。这些模拟脉冲具有足够大的强度去加热打印头阵列30内部的电阻器，使打印头内的油墨汽化以便形成气泡，借此通过喷口喷墨。可利用的地址线29的数目随后用特定打印机而变。
因为要求不同格式模拟脉冲的不同类型和样式的喷墨打印头在喷墨打印机中是可以互换的，所以对于打印机电路部分来说重要的是要具有与打印机中安装的这种打印头有关的信息。打印头参数信息对于打印机电路部分22是有用的，因为该信息允许打印机电路部分22重新配置打印控制算法，以产生对所装特殊打印头适用的模拟脉冲。本发明通过在一识别(ID)电路32中对信息进行数字式编码向打印机电路部分22提供打印头识别信息，识别电路32在制造期间集成到打印头电路部分24中。
一般来说，打印头电路部分24是作为单个的集成电路芯片制造出来的。该芯片除了包含打印头电阻器阵列30和相对的地址线连接点29外一般还包含一个温度读出电路34。温度读出电路34一般是一金属电阻器，可读出打印期间打头的温度。读出的温度作为模拟信号在输出线35上提供给打印机控制器26，使打印机控制器26能监视打印头的过热状态。
为减小I/O要求，本发明的ID电路使用了某些但并非全部的现存的地址线29来接收来自打印机电路部分22的输入，并且使用了现在的温度读出输出35向打印机电路部分22串行发送编码的打印头识别信息。ID电路32所用的接收输入的地址线的最大数目是3个，并且在ID电路32内编码的信息位数和所用的地址线29的数目无关。因为打印机电路部分22只在打印机空转时才读出温度读出值，所以在正常操作期间对温度读出输出35的干扰极小或者根本没有。
在优选实施例中，借助于一个或多个编码的一位动态移位寄存器50，如图2所示的移位寄存器50，在ID电路32中对打印头识别信息进行数字式编码。在制造期间对移位寄存器50例如进行掩模编程，为此可以把负载晶体管52的源极连接到地51，以便在通过一个地址线70上接收到的负载信号使负载晶体管52的栅极有效时能产生一个逻辑“0”，或者可以把负载晶体管52的源极连接到电压源53，以便在负载晶体管52的栅极有效时产生一个逻辑“1”。当负载晶体管52的栅极通过负载信号70变为有效时，就把编程的逻辑，或者说电压电平，传递到输入晶体管54的栅极。在晶体管52截止后，传递过来的电压电平仍旧存贮在输入晶体管54的栅极的寄生电容上。由于输入晶体管54的栅极电压因有漏电流最终总要放电，所以认为这个电压是动态存贮在栅极上的。
因为输入78含有编程的电压电平，所以可把输入78移动到输出76。为此，打印机电路部分22要发送顺序的时钟信号，并且移位寄存器50要接收这些时钟信号。在线72上接收时钟1输入，在线74上接收时钟2输入，其中的每个时钟输入72，74都是经一单独的地址线29从打印机电路部分22接收来的。时钟1输72上的电压脉冲从输入晶体管54的栅极到输出晶体管60的栅极要经历逻辑反相。当时钟1输入72有效时，负载晶体管56导通，通行晶体管58也导通。如果移位寄存器50的输入78是逻辑“1”，则输入晶体管54将导通，输出晶体管60的栅极将放电。如果移位寄存器50的输入78是逻辑“0”，输入晶体管54仍然截止，输出晶体管60的栅极将通过负载晶体管56和通行晶体管58放电。当时钟1输72上的电压脉冲变为无效时，通行晶体管58截止，并且该电压电平(即，寄生存贮在输入晶体管54的栅极上的电压电平的逻辑反相值)将动态地存贮输出晶体管60的栅极上。
时钟2输入74上的电压脉冲从输出晶休管60的栅极到该移位寄存器的输出端76也要经历逻辑反相。当时钟2脉冲是有效时，负载晶体管62导通，通行晶体管64也导通。输出晶体管60的栅极电压的逻辑反相值传递到移位寄存器的输出端76。因此，在时钟1、2的输入72、74上的相继脉冲后，输入78上的逻辑电平就传递到输出端76，它只有一位。
应当注意的是，因为负载晶体管52、56、62除了时钟脉冲期间外一直是截止的，因此图2的寄存器50的功耗极小。
在优选实施例中，把几个移位寄存器50串接起来，以产生数字码，如图3所示的4位实例。在负载信号70上的电压脉冲启动具有编码的逻辑电平(或在4个移位寄存器50A-D的每一个移位寄存器中编码的位)的一个并行负载。如先前讨论过的，这将产生动态存贮在每个移位寄存器50A-D的输入端78(图2)上的编程逻辑电平。
借助于每个时钟1和时钟2的脉冲序列，使每个编程的位一个接一个把串行移动到输出器件80，并由控制26读出，直到控制器26读出了所有的位时为止。对控制器26进行编程以解释该码和确定打印头识别信息，并借此重新配置打印控制算法。以此方式，单个喷墨打印机有可能容纳多个不同类型的打印头。
如图3所示，输出器件80最好包括一个开路漏极输出晶体管84和一个放电晶体管82。在线80上通过在打印机电路部分22(图1)中的一个负载器件(未示出)上拉输出晶体管84漏极的电压电平，使打印机控制器26能在每两个时钟2脉冲后读出一个编程的逻辑电平。例如，当时钟2脉冲使一个编程的逻辑电平“1”发送到输出晶体管84的栅极，输出晶体管84将变为有效，并且下拉漏极。控制器26通过在线86上读出电压电平检测漏极的降低的电压电平，借此读出：ID电路32已经发送了一个逻辑电平“1”。类似地，借助于每个相继的时钟2脉冲，串行移动了移位寄存器50A-D的编程的逻辑电平，并使这些逻辑电平串行发送到输出晶体管84，以便由控制器26读出。图4是通过图3的ID电路32串行发送4位编码的信息的一个定时关系图。
继续参照图3，开路的漏极输出端86最好利用现存的芯片I/O线向打印机控制器26串行发送编码的识别信息，例如利用温度读出输出35发送。利用现存的温度读出输出35再考虑到编码信息是串行发送的这一事实，就不再需要附加的芯片输出线。在已读出了所有的编码信息位后，负载信号线70上的脉冲激励放电路晶体管82，使输出晶体管84的栅极放电，借此使有效的温度读出信息能在输出晶体管84的栅极放电后立即被发送到控制器26。为防止对温度读出电路34的正常操作的可能干扰，在温度读出电路34每次读出以前控制器26在负载信号线70上输出一个脉冲。这就保证了，输出晶体管84的栅极在温度控制操作期间仍旧在放电。
控制器26在线86上读出串行的数字输出，并且通过比较接收到的位组合格式和已存贮的打印头信息的相关性来确定打印头识别信息。由于打印机控制器26准确识别了打印头，所以控制器26现在能重新配置它的控制系统算法，适应用已装配的打印头进行打印。
应该理解，在本发明中可以采用任何数目的移位寄存器50而不会增加所需的地址线29的数目。因此，这里公开了一种喷墨打印头识别电路32，用于把包含打印头识别信息的数字码串行发送到打印机控制器，其中组成数字码的位数和可利用的地址线29的总数无关。
从以上描述和附图本领域普通技术人员显然可以看出，在本发明的实施例中还可以产生许多改进和/或变化。因此期望，以上所述的只是对优选实施例的说明，没有限制作用，本发明的构思和范围参照所附权利要求确定。

Claims (17)

1.一种喷墨打印设备(20)，其特征在于：
一个喷墨打印头(24)，其中包含油墨；
一个识别电路(32)，设在喷墨打印头(24)中，并且包含与打印头识别信息对应的一个数字码；
一个输入线，连接到所说识别电路以接收控制信号(29)，并且响应于控制信号(29)串行发送该数字码；以及
一个输出线(35)，用于相互连接所说识别电路(32)和打印机，以便当发送数字码以提供打印头识虽信息作为一输出时传递数字码。
2.如权利要求1的设备，其中所说识别电路(32)的进一步的特征为包括多个编程的一位移位寄存器(50A-50D)，用于响应于控制信号(29)向输出线串行移动寄存器的编程的内容。
3.如权利要求2的设备，其中所说识别电路(32)的进一步的特征为包括一个输出器件(80)，它在所说输出线上串行保持和发送数字码的一位。
4.如权利要求2的设备，其中所说控制信号(29)的特征在于移位信号包括至少一个时钟信号(72)和至少一个负载信号(70)。
5.如权利要求1的设备，其中所说输出线(35)的进一步特征在于打印头温度读出装置(34)的输出。
6.如权利要求1的设备，其中所说喷墨打印头(24)的进一步特征是，喷墨打印头(24)向打印介质淀积油墨，其中油墨具有对应于打印头识别信息的参数。
7.如权利要求6的设备，其中所说输出器件(80)的进一步特征是：
一个输出晶体管(84)，具有源极、漏极、栅极，对所说栅极进行连接，以串行接收和发送数字码；
一个上拉器件，用于上拉在输出晶体管(84)的漏极上的信号电平，当输出晶体管(84)接收该数字码时，在漏极反映出所说数字码的信号电平；以及
一个放电器件(82)，用于在接收到数字码后使输出晶体管(84)的栅极的寄生电容放电。
8.如权利要求1的设备，其中所说打印头识别信息识别喷墨打印头(24)的参数，其中包括油墨颜色。
9.一种喷墨打印设备(20)，用于向喷墨打印机提供打印头识别信息，所说设备的特征在于：
一个打印机控制电路(26)，用于产生控制信号；
多个地址线(29)，用于传递所说控制信号；
一个喷墨打印头(24)；
包含在所说喷墨打印头(24)中的油墨；
一个识别电路(32)，设在喷墨打印头(24)中并且包含对应于打印头识别信息的数字码；它和打印机的控制电路(29)相连，并且响应于控制信号串行发送数字码至打印控制电路(26)；以及
一个输出线(35)，相互连接所说识别电路(32)和所说打印机控制电路(26)，用于向打印机控制电路(26)传递数字码；
其中，所说打印机控制电路(26)解释该数字码并且确定打印头识别信息。
10.如权利要求9的设备，其中所说识别电路(32)的进一步的特征是包括多个移位寄存器(50A-50D)。
11.如权利要求10的设备，其中所说打印头识别信息识别喷墨打印头(24)的参数，其中包括油墨参数。
12.如权利要求11的设备，其中所说油墨参数的进一步的特征是颜色。
13.一种向喷墨打印机提供识别信息的方法，识别信息识别喷墨打印头(24)的类型，喷墨打印头(24)向打印介质淀积油墨，油墨的参数对应于该识别信息，该方法的特征在于包括如下的步骤：
把包含油墨的喷墨打印头(24)固定到喷墨打印机上；
在设于打印头(24)内的识别电路(32)中对数字码进行编程，将数字码的每一位或者编程为一导电的短路线或编程为不导电的间隙，该数字码对应于打印头识别信息；
向识别电路(32)发送打印机产生的控制信号(29)；
响应控制信号(29)按串行数字格式向输出器件(80)传送数字码的一位或多位；以及
当输出器件(80)发送数字码时，通过打印机读出该数字码。
14.如权利要求13的方法，其特征还在于下述步骤：在向输出器件(80)发送数字码后复位输出器件(80)。
15.如权利要求13的方法，其特征还在于下述步骤：由打印机来解释该数字码以识别包括油墨参数在内的打印头的参数。
16.如权利要求13的方法，其特征还在于如下步骤：由打印机来解释该数字码以识别油墨的颜色。
17.一种向喷墨打印机提供信息的方法，该信息识别喷墨打印头(24)，喷墨打印头(24)向打印介质淀积油墨，该油墨的参数对应于识别信息，该方法的特征在于包括如下步骤：
把喷墨打印头(24)固定到喷墨打印机上；
向打印头(24)提供油墨；
在设置在打印头(24)中的识别电路(32)中编程一数字码，在多个移位寄存器(50A-50D)中把数字码的每一位编程为一导电的短路线或一不导电的间隙，该数字码对应于打印头识别信息；
向识别电路(32)发送由打印机产生的控制信号(29)；
响应于控制信号(29)，按串行数字格式向一输出器件(80)发送数字码的一位或多位；
当数字码发送到输出器件(80)时由打印机读出该数字码；以及
根据打印头识别信息识别打印头(24)和油墨的类型。
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