DE69123544T2

DE69123544T2 - Stromversorgung für eine Leuchtdiodenanordnung

Info

Publication number: DE69123544T2
Application number: DE69123544T
Authority: DE
Inventors: Charles A Brown; Steven Kalata; Donald M Reid; Billy E Thayer
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2011-10-08
Also published as: EP0480650B1; HK91897A; JPH06340114A; EP0480650A1; DE69123544D1; US5099192A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Stromleistungsversorgungen für Arrays von Licht-emittierenden Dioden und insbesondere auf derartige versorgungen, welche einen Operationsverstärker verwenden, um eine konstante Stromquelle zu regeln.

Beschreibung des Stands der Technik

Es wurde wünschenswert, anschlagfreie Drucker vom xerographischen Typ für Text und Grafiken zu verwenden. Bei einem derartigen Drucker wird auf einer photorezeptiven Oberfläche einer sich bewegenden Trommel oder eines sich bewegenden Riemens eine elektrostatische Ladung gebildet, wobei ausgewählte Bereiche der Oberfläche durch Belichtung mit Licht entladen werden. Ein Drucktoner wird auf die Trommel aufgebracht und derselbe haftet an den Bereichen mit einer elektrostatischen Ladung, während er nicht an den entladenen Bereichen haftet. Der Toner wird dann auf ein Blatt normalen Papiers übertragen und auf dem Papier wärmeverschmolzen. Durch Steuern der beleuchteten Bereiche und der nicht-beleuchteten Bereiche können Zeichen, Linien oder weitere Bilder auf dem Papier erzeugt werden.
Ein Typ eines anschlagfreien Druckers verwendet ein Array von Licht-emittierenden Dioden (allgemein auch als LEDs (LED = Light Emitting Diode) bezeichnet) zum Belichten der Photorezeptoroberfläche. Eine Reihe oder zwei eng beabstandete Reihen von winzigen LEDs sind neben einer länglichen Linse positioniert, derart, daß ihre Abbildungen über der zu beleuchtenden Oberfläche Array-mäßig angeordnet sind. Während sich die Oberfläche an der Linie von LEDs vorbeibewegt, werden sie selektiv aktiviert, entweder Licht zu emittieren oder nicht, wodurch die photorezeptive Oberfläche in einem Muster, das den aktivierten LEDs entspricht, belichtet oder nicht belichtet wird.
Um gute Abbildungen in einem LED-Drucker zu bilden, ist es wünschenswert, daß alle Licht-emittierenden Dioden die gleiche Lichtausgabe an der Bildebene erzeugen, wenn sie aktiviert sind. Dies stellt eine Abbildung mit gleichmäßiger Qualität über dem gesamten Papier sicher. Die Lichtausgabe bei der Bildebene hängt von einer Anzahl von Faktoren, einschließlich des Stroms, der Temperatur, der Linsentransmissivitätsfaktoren und von Verarbeitungsparametern zum Herstellen der LED ab, welche die Lichtausgabe derselben als Funktion des Stroms beeinträchtigen können.
Licht-emittierende Dioden für Druckköpfe werden auf Wafern aus Galliumarsenid oder dergleichen gebildet, welche geeignet dotiert sind, um Strom zu leiten und Licht zu emittieren. Lange Arrays aus LEDs werden auf einem Wafer gebildet, welcher in separate Chips geschnitten wird, von denen jeder ein Array von LEDs aufweist. Derartige Chips werden Endean-Ende zeilenweise angeordnet, um ein Druckkopfarray zu bilden. Die Lichtausgabe der LEDs auf einem gegebenen Chip ist üblicherweise einigermaßen gleichmäßig, wobei jedoch Variationen von Chip zu Chip sein können, da sich Verarbeitungsparameter zwischen Chips unterscheiden. Es existiert eine bestimmte Variation innerhalb der Chips von einem einzelnen Wafer und eine größere Variation von Wafer zu Wafer.
Die LEDs werden durch Leistungsversorgungen auf integrierten Schaltungschips getrieben. Die Stromausgabe dieser Chips kann ebenfalls abhängig von Verarbeitungsparametern beim Herstellen dieser Chips variieren. Derartige Variationen können die Variationen in der Lichtausgabe bereiten.
Ein Parameter, der teilweise LED-Leistungsversorungs-abhängig ist, ist die Anstiegszeit für den Stromflub. Dies ist bedeutsam, da die Belichtung der photorezeptiven Oberfläche eine Funktion sowohl der Intensität als auch der Beleuchtungszeit ist. Bei einem LED-Druckkopf können ein paar tausend LEDs über der Breite der photorezeptiven Oberfläche sein. Der Strom in jeder LED kann ebenfalls durch die Anzahl von LEDs, die zu irgendeinem Zeitpunkt eingeschaltet sind, beeinträchtigt werden. Somit kann ein relativ hoher Strom und eine darauf zurückzuführende höhere Lichtintensität oder Gesamtbelichtung sein, wenn ein paar LEDs eingeschaltet sind, im Vergleich zu dem Strom und der Lichtausgabe, wenn eine sehr große Anzahl von LEDs eingeschaltet sind.
Das frühere U.S. Patent Nr. 4,864,216 an Kalata u.a. schafft eine Leistungsversorgung für einen LED-Druckkopf, bei dem eine Chip-Referenzspannung eine Mehrzahl von Ausgangstreiber-FETs vorspannt, um den im wesentlichen gleichen, vorausgewählten Strompegel zu einer LED zu liefern, die jedem Ausgangstreiber-FET zugeordnet ist. Der Strom wird durch ein Datensignal umgeschaltet, das an einen Daten-FET angelegt ist, der sich seriell zu jedem Treiber-FET und zu jeder LED befindet. Die Stromversorgung von Kalata u.a. stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Technik darin dar, daß dieselbe eine gleichmäßige Lichtausgabe über dem Array und eine Lichtausgabe sicherstellt, die von Unterschieden der Anzahl der eingeschalteten LEDs im wesentlichen unabhängig ist.
Es ist zu sehen, daß in einem idealen System das Stromsignal, das an jeder Diode angelegt wird, eine Quadratwelle von gleicher Dauer und Größe ist. Ein derartiges Signal erzeugt eine gleichmäßige Belichtung der geladenen Oberfläche unter der Annahme einer gleichen Lichtausgabe für jede LED an der Abbildungsebene. Die Leistungsversorgung von Kalata u.a. tendiert, obwohl sie ein im wesentlichen gleichmäßiges Licht erzeugt, dahin, eine Strom-Quadratwelle mit einer Überschwingung auf der vorauseilenden Flanke zu erzeugen. Dies ist ein Ergebnis einer kapazitiven Kopplung zwischen dem Gate und Drain der Ausgangstreiber-FETs. Wenn der Daten-FET in einem ausgewählten Zweig der Stromversorgung eingeschaltet wird, nimmt die Spannung an dem Drain des Ausgangstreibers ab und tendiert dahin, die Chipreferenzspannung, die an dem Gate des Ausgangstreiber-FET angelegt ist, herunterzuziehen. Dies tendiert dahin, den FET härter einzuschalten, wodurch mehr Strom geliefert wird, bis sich die kapazitive Kopplung entlädt. Wenn eine derartige Entladung auftritt, kehrt die Chipreferenzspannung auf den ausgewählten Pegel zurück, wodurch der Strompegel durch den Ausgangstreiber-FET auf den gewünschten Pegel abnimmt.
Wie oben angemerkt wurde, können Variationen von einer LED zu einer anderen Variationen in der Lichtausgabe bei dem gleichen Strom durch jede LED bewirken. Auf ähnliche Weise können Variationen von Chip zu Chip Unterschiede der durchschnittlichen Gesamtchiplichtausgabe bei der gleichen Referenzspannung auf jedem Chip bewirken. Die Leistungsversorgung von Kalata u.a. schlägt einen variablen Widerstand vor, um die Chipreferenzspannung zu ändern.
Es würde somit wünschenswert sein, Variationen von Chip zu Chip und von LED zu LED innerhalb eines einzelnen Chips zu kompensieren. Es würde vorteilhaft sein, eine derartige Kompensation mit Datenprogrammiersignalen zu erreichen.
Es würde ferner wünschenswert sein, einen Strom durch jede LED zu liefern, welcher im wesentlichen eine Quadratwelle ist, d.h. ohne irgendeine oder zumindest ohne irgendeine Konsequenzen nach sich ziehende Überschwingung oder Unterschwingung.
Es würde ferner wünschenswert sein, eine Stromleistungsversorgung für ein Array von Licht-emittierenden Dioden zu schaffen, welche durch eine niedrigere Stromversorgungsspannung als bekannte Leistungsversorgungen versorgt werden kann.
Die Merkmale der Erfindung sind durch die Ansprüche 1, 6, 8 und 12 definiert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich, während sie bezugnehmend auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden, wenn dieselbe in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird. Es zeigen:
Fig. 1 in Blockform eine Mehrzahl von integrierten Schaltungschips für eine beispielhafte Leistungsversorgung; und
Fig. 2 eine Leistungsversorgungsschaltung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, für jeden derartigen integrierten Schaltungschip.

Detaillierte Beschreibung

Ein beispielhafter LED-Druckkopf weist eine Reihe von 228 LED-Chips auf, die Ende-an-Ende plaziert sind, um sich über die Breite einer photorezeptiven Oberfläche zu erstrecken. Jeder Chip weist 64 LEDs entlang seiner Länge auf. Die LED- Chips werden in großen Anzahlen auf einem Galliumarsenid-Wafer hergestellt, welcher dann zerschnitten wird, um die einzelnen Chips zu bilden. Es wurde herausgefunden, daß Variationen in der LED-Lichtausgabe als Funktion des Stroms von Wafer-zu-Wafer aufgrund von Unterschieden der Verarbeitungsvariablen existieren. Allgemein gesprochen sind alle LEDs auf einem Chip in dieser Charakteristik relativ ähnlich zueinander. Chips von unterschiedlichen Wafern können sich in der Lichtausgabe als Funktion des Stroms merkbar unterscheiden. Chips von verschiedenen Abschnitten eines Wafers liegen etwa zwischen diesen Extremen. Die Lichtausgabe von den LEDs auf einer großen Anzahl von LED-Chips tendiert dahin, eine mehr oder weniger Gauß'sche-Verteilung um eine gewünschte Lichtausgabe herum zu haben.
Um diese Quelle der Ungleichmäßigkeit bei den LEDs, die beim Ausführen dieser Erfindung verwendet werden, zu minimieren, wird die Lichtausgabe für jeden LED-Chip gemessen, wobei die Chips in Sammlungen oder "Kästen" sortiert werden, derart, daß alle Chips in einem gegebenen Kasten eine Variation in der Lichtausgabe aufweisen, die viel kleiner als die Variation ist, die bei der Gesamtanzahl der LED-Chips auftritt. Wenn ein gegebener Druckkopf zusammengebaut wird, werden alle Chips von einem einzigen Kasten genommen, derart, daß die intrinsische Lichtausgabe als Funktion des Stroms im wesentlichen für alle LEDs in diesem Druckkopf gleich ist. Was als nächstes benötigt wird, ist eine Leistungsversorgung, welche im wesentlichen einen Quadratwellen-Strompuls zu jeder LED in dem Array liefert, und welche ferner eine Einrichtung zum Variieren des Stroms von Chip zu Chip sowie von LED zu LED auf einem ausgewählten Chip als Reaktion auf Programmierungsdatensignale aufweist.
Die LEDs werden mit Leistung von integrierten Schaltungschips, die in enger Nachbarschaft zu den LED-Chips befestigt sind, versorgt. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist ein integrierter Schaltungschip neben einem LED-Chip positioniert und enthält Schaltungen zum Liefern von Strom zu den LEDs auf dem LED-Chip. Ein derartiger Chip kann eine Vielzahl weiterer Druckkopf-Operationsschaltungen aufweisen, welche keinen Teil dieser Erfindung bilden. Es können beispielsweise auf dem Chip Datensignal-Multiplexschaltungen enthalten sein.
Wie es schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, kann somit eine Reihe von integrierten Schaltungschips IC&sub1;, IC&sub2;, ..., ICn vorhanden sein, die neben einer Reihe von LED-Chips (nicht gezeigt) befestigt sind. Eine Leistungsversorgungsspannung VC wird an jeden der integrierten Schaltungschips angelegt. Eine Systemreferenzspannung VR wird ferner an jeden Chip angelegt. Die Größe der Systemreferenzspannung kann derart eingestellt werden, daß die Lichtausgabe von einem gegebenen LED-Druckkopf einen gewünschten Durchschnittspegel erreicht.
Wenn die intrinsische Lichtausgabe von dem Satz von LEDs in dem Druckkopf beispielsweise kleiner als der Mittelwert der Gauß'schen Verteilung von Lichtausgaben ist, könnte die Referenzspannung für diesen Druckkopf ein höherer Wert als für einen Druckkopf sein, der eine intrinsische Lichtausgabe aufweist, die näher an dem Mittelwert ist. Somit kann durch Variieren der Systemreferenzspannung die Lichtausgabe aller LEDs in dem Array wie gewünscht synchron erhöht oder erniedrigt werden.
Zusätzlich zu Variationen, die aufgrund von Verarbeitungsvariablen der LED-Chips auftreten können, können Variationen in den Eigenschaften der integrierten Schaltungschips vorhanden sein, die die Leistung zu den LEDs liefern. Die LED- Druckköpfe sind analoge Geräte, weshalb derartige Variationen viel bedeutsamer sind als bei digitalen Schaltungen.
Um derartige mögliche Variationen teilweise zu kompensieren, ist jeder integrierte Schaltungschip mit einem Referenzwiderstand R&sub1;, R&sub2;, ..., Rn versehen, wobei der Wert desselben ausgewählt werden kann, um sicherzustellen, daß alle Sätze aus integrierten Schaltungen und LEDs auf einem gegebenen Druckkopf im wesentlichen die gleiche Lichtausgabe erzeugen. Wie beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung in einer Schaltung implementiert, welche es ebenfalls ermöglicht, die durchschnittliche LED-Lichtausgabe auf einem ausgewählten Chip sowie Stromvariationen von LED zu LED auf einem ausgewählten Chip zu steuern, wobei beide auf Programmierungsdatensignale ansprechen. Typische Widerstandswerte für die Referenzwiderstände liegen im Bereich von 1.000 bis 2.000 Ohm.
Ein Abschnitt der Schaltungen auf einem repräsentativen integrierten Schaltungschip ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Zeichnung zeigt eine gestrichelte Linie den Abschnitt der Schaltung, die auf dem Chip liegt, um denselben von Komponenten zu unterscheiden, wie z.B. einem Referenzwiderstand Rr, welcher vorzugsweise neben dem integrierten Schaltungschip positioniert ist, wie gerade erwähnt wurde. Kontaktanschlußflächen zum Herstellen von Verbindungen mit dem Chip sind weggelassen, wie es ebenfalls viele weiteren Details der Schaltungen auf einem derartigen Chip sind, welche für ein Verständnis dieser Erfindung nicht wesentlich sind.
Die Referenzspannung VR wird an den invertierenden Eingang eines herkömmlichen Operationsverstärkers 10 einer Referenzstromzelle auf jedem Chip angelegt. Der Operationsverstärker 10 wird in dieser Anmeldung ebenfalls als Niederspannungs- Spannungsquelle bezeichnet. Der Operationsverstärker wird durch dieselben Verfahren gebildet, die für die Balance der Schaltungsanordnung auf den integrierten Schaltungschips verwendet wird.
Die Operationsverstärkerausgabe ist mit den Gates einer Mehrzahl von FETs 12 - 20 in einem Referenzzweig, der allgemein mit 22 bezeichnet ist, der Schaltung verbunden. Die FETs 12 - 20 werden in dieser Anmeldung kollektiv als ein Referenz-FET bezeichnet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 10 schafft eine Systemreferenzspannung Vr, welche an die Gates jedes FETs 12 - 20 angelegt wird. Die Drain jedes FETs 12 - 20 ist mit der Source eines entsprechenden p-Kanal-FET 24 - 32 verbunden. Die FETs 24 - 32 werden in dieser Anmeldung als Steuer-FETs bezeichnet. Das Gate des FET 24 ist mit einer vorausgewählten Vorspannung Vb verbunden, welche denselben in einer leitenden Situation hält. Die Gates der FETs 26 - 32 sind mit einer Quelle von Programmierungsdatensignalen verbunden, welche jeden FET entweder in eine leitende oder nicht-leitende Situation abhängig davon plaziert, ob die Programmierungsdatensignale für den FET in einem niedrigen bzw. hohen Zustand sind.
In dem Referenzzweig 22 steuert der Verstärker 10 die Gates der FETs 12 - 20 und erhöht oder erniedrigt Vr, bis die Spannung an dem Referenzwiderstand mit der externen Referenzspannung VR an dem invertierenden Eingang des Verstärkers übereinstimmt. Somit fließt ein Strom, der gleich VR/Rr ist, im Referenzzweig 22 für alle Betriebsbedingungen der Schaltung nach oben.
Der FET 12 und der FET 24 weisen beide die gleiche Breite auf, sowie es auch bei jedem anderen Referenz-Steuer-FET- Paar im Referenzzweig 22 der Fall ist. Jeder FET 12 - 20 und sein entsprechender Steuer-FET 24 - 32 weist jedoch jeweils eine Kanalbreite auf, die sich von jeder der anderen Referenz-Steuer-FET-Paare unterscheidet. Die FETs 12, 24 weisen die breiteste Kanalbreite auf, die 70% der Summe der Kanalbreiten aller FET-Paare in dem Zweig 22 beträgt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis der Kanalbreiten der FETs 14 - 20 jeweils 1 zu 2 zu 4 zu 8. Durch Auswählen unterschiedlicher Kombinationen von FETs 26 - 32 kann die Kanaibreite des Referenz-FET von 70% zu 100% der Gesamtkanalbreite der FETs 12 - 20 in 2%-Inkrementen variiert werden. Es kann somit gesehen werden, daß Programmierungsdatensignaie, die an die Gates der FETs 26 - 32 angelegt werden, verwendet werden können, um Vr zu variieren, da der Verstärker 10 derart treibt, um VR über Rr beizubehalten. Anders ausgedrückt verändern die Programmierungsdatensignale, die an die Gates FETs 26 - 32 angelegt werden, den Widerstand der Rückkopplungsschleife des Verstärkers 10, wodurch die Ausgangsspannung Vr verändert wird. Jeder der FETs 12 - 20 weist dieselbe Länge wie die FETs 24 - 32 auf. Die Kanallängen der FETs 24 - 32 sind relativ kurz, um ihre Schaltfunktion zu erleichtern.
Allgemein bei 34, 36 gezeigt, befinden sich Ausgangszweige der Schaltung, wobei die Schaltung eine Gesamtzahl von n Ausgangszweigen aufweist. In dem Ausgangszweig 34 werden die FETs 38 - 46 in dieser Anmeldung zusammen als Ausgangstreiber-FET bezeichnet. Das Gate jedes der FETs 38 - 46 ist mit der Chipreferenzspannung Vr verbunden. Das Drain jedes der FETs 38 - 46 ist jeweils mit der Source eines entsprechenden p-Kanal-FET 48 - 56 verbunden. Das Drain jedes FETs 48 - 56 wird hier als ein IC-Chip-Ausgang bezeichnet und ist mit einer kommerziell verfügbaren LED 58 verbunden, welche außerhalb des Chips positioniert ist.
Das Gate des FET 48 ist mit einer Quelle von Datensignalen D&sub1; verbunden, welche zwei Bedingungen aufweist: eine, welche es erlaubt, daß der FET 48 leitet, während die andere denselben ausschaltet. Das Datensignal wird von einer Computerausgabe zum Bewirken eines oben beschriebenen Druckens in einem Muster, das durch die Computerausgabe bestimmt ist, geliefert.
Die Gates jedes der FETs 50 - 56 sind mit einer Quelle von Programmierungsdatensignalen verbunden, welche als Funktion des Datensignals D&sub1; und eines anderen Signals erzeugt werden, welches bestimmt, ob der FET leitend ist, oder ob er abgeschnürt werden soll, wenn der FET 48 leitet. Die FETs 38 - 46 weisen die gleiche Länge wie die FETs 12 - 20 auf. Wie in dem Referenzzweig 22 weisen die FET-Paare in jedem Ausgangszweig die gleiche Kanalbreite auf. Von den Gesamtkanalbreiten der FETs 38 - 46 weist der FET 38 47,5% der Gesamtbreite auf. Jeder der FETs 40 - 46 weist eine andere, kleinere Kanalbreite auf. Das Verhältnis der Kanalbreiten der FETs 40 - 46 beträgt jeweils 1 zu 2 zu 4 zu 8. Die FETs 50 - 56, welche seriell zu den FETs 40 - 46 angeordnet sind, werden in parallelen Kombinationen durch die vorher erwähnten Programmierungsdatensignale geschaltet. Diese Schaltungsanordnung in Kombination mit der Serienverbindung des FET 38 und des FET 48 schafft einen wirksam kombinierten Kanal mit einer Variation der FETs 38 - 46 von 47,5% der Gesamtbreite zu 100% derselben (wenn jeder FET 40 - 46 synchron zu dem FET 38 in 3,5%-Inkrementen leitet).
Es ist zu sehen, daß der Strom, der durch die LED 58 fließt, und somit die Lichtintensität, die aus derselben emittiert wird, als Reaktion auf Steuerungsdatensignale, die an die FETs 50 - 56 angelegt werden, gesteuert werden kann.
Jeder der anderen Ausgangszweige, wie z.B. der Zweig 36, kann durch die gleichen oder unterschiedliche Programmierungsdatensignale, die angelegt werden, um die FETs 50 - 56 in dem Ausgangszweig 34 zu steuern, auf dieselbe Art und Weise gesteuert werden.
Es ist zu sehen, daß Vr gemäß Signalen, die an die Gates der FETs 26 - 32 angelegt werden, auswählbar ist. Diese Datenprogrammierungssignale werden ausgewählt, um entweder einen hohen oder niederen Wert aufzuweisen, in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Lichtintensität, die für jede der LEDs, die durch den Chip getrieben werden, erwünscht ist. Es sollte angemerkt werden, daß mit der Abnahme der gesamten Gatebreite der FETs 12 - 20 durch Ausschalten ausgewählter FETs 26 - 32 Vr abnimmt, wodurch die FETs 38 - 46 in eine leitendere Situation getrieben werden. Eine derartige Wirkung erhöht den Strom und somit die Lichtausgabe der LED 58.
Auf ähnliche Weise kann der Strom von LED zu LED auf dem Chip durch Auswählen anderer Kombinationen von FETs 50 - 56, welche synchron zu dem FET 48 schalten, geändert werden. Variationen in der Lichtausgabe können somit durchgeführt werden, indem verändert wird, welche FETs 50 - 56 in einem gegebenen Ausgangszweig der Schaltung so geschaltet werden.
Es sollte angemerkt werden, daß die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 10, wie es in dem Fall eines herkömmlichen Operationsverstärkers mit niederem Gewinn ist, bezüglich der Ausgangsimpedanz eines einzelnen FET niedrig ist. Da Daten- FETs, wie die FETs 48 - 56, in verschiedenen Ausgangszweigen des Chips schalten, senkt sich die Operationsverstärker Treiberspannung nicht als Ergebnis einer kapazitiven Kopplung zwischen den Sources der Daten-FETs und den Gates der Referenz-FETs, wie den FETs 38 - 46, ab. Das Problem einer Stromüberschwingung in der Strom-Quadratwelle, die von den Chipausgaben erzeugt wird, ist somit überwunden.
Ein weiterer Vorteil, der von der vorliegenden Erfindung erhalten wird, bezieht sich auf die Verwendung einer relativ niedrigen Leistungsversorgungsspannung VC. Bei Kalata u.a. ist das Gate des Referenz-FET mit seinem Drain verbunden. Ein weiterer FET ist zwischen diesen Knoten und den Referenzwiderstand geschaltet. Somit ist die benötigte Leistungsversorgungsspannung die Summe der Spannungen über diese drei Komponenten. Bezüglich des Referenz-FET ist die kritische Spannung die Spannung von seinem Gate zu seiner Source. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Gate-zu- Source-Spannung des Referenz-FET 12 durch die Ausgabe des Operationsverstärkers bestimmt. Dieselbe ist somit nicht darauf beschränkt, kleiner als VC minus der Spannung an dem Widerstand 24 zu sein. Statt dessen kann sie zu allen VC gleich sein. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß VC bei der vorliegenden Erfindung kleiner als das VC in Kalata u.a. sein kann, und zwar um den Wert der Spannung über dem Referenzwiderstand, nämlich VR.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Stromführung von der Eingangsreferenz zu der Ausgangsanschlußfläche Die Systemreferenzspannung VR kann ausgewählt werden, um an die einer typischen LED angepaßt zu sein, während dieselbe mit einem Nennstrom getrieben wird. In diesem Fall sind die Referenz-FETs bezüglich der Drain- Spannung, der Gate-Spannung, der Source-Spannung und der Substrat-Spannung an die Ausgangstreiber-FETs angepaßt. Da diese FETs ebenfalls in der Gatelänge angepaßt sind, sind ihre elektrischen Bedingungen vollständig angepaßt. Der Drainstrom pro Gatebreite stimmt somit überein. Der Strom, der daher zu jeder LED geliefert wird, ist ein Wert, welcher ziemlich stabil ist und basierend auf dem Gesamtstrom, der in die Referenz-FETs eintritt, und basierend auf dem Verhältnis der gesamten eingeschalteten Breite des entsprechenden Ausgangstreibers zu der gesamten eingeschalteten Breite der Referenz-FETs ohne weiteres vorhergesagt werden kann.

Claims

1. Eine Leistungsversorgung für einen Druckkopf mit Licht-emittierenden Dioden, wobei die Leistungsversorgung folgende Merkmale aufweist: einen Referenz-FET in einem Referenzzweig (22); eine Mehrzahl von Ausgangstreiber-FETs in Ausgangszweigen (34, 36), wobei jeder einen Ausgang zur Verbindung mit einer jeweiligen LED (58) in einem Druckkopf aufweist; einer Niederimpedanz-Spannungsquelle (10); und einer Einrichtung (Rr), die mit der Niederimpedanz-Spannungsquelle (10) verbunden ist, um einen konstanten Strom durch den Referenz- FET in dem Referenzzweig (22) sicherzustellen; dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausgangstreiber-FET in Ausgangszweigen (34, 36) eine Mehrzahl von FET-Elementen (38, 40, 42, 44, 46) aufweist, die mit einer Mehrzahl von entsprechenden Steuer-FETs (48, 50, 52, 54, 56) gekoppelt sind;

wobei die Mehrzahl der Steuer-FETs (48, 50, 52, 54, 56) seriell zu den jeweiligen FET-Elementen (38, 40, 42, 44, 46) geschaltet ist, wobei die Serienschaltungen aus Steuer-FET (48, 50, 52, 54, 56) und FET-Element (38, 40, 42, 44, 46) parallel geschaltet sind;

wobei die Gates des Referenz-FET in dem Referenzzweig (22) und der Mehrzahl von FET-Elementen (38, 40, 42, 44, 46) mit der Niederimpedanz-Spannungsquelle (10) verbunden sind; und

wobei eine Einrichtung zum selektiven Vorspannen der Steuer-FETs (48, 50, 52, 54, 56) mit jeweiligen Datensignalen vorgesehen ist, um zu ermöglichen, daß ein Strom von dem jeweiligen Ausgangstreiber-FET in den Ausgangsschaltungszweigen (34, 36) fließt, wodurch die Strommenge gesteuert wird, die der jeweiligen LED (58) in dem Druckkopf zugeführt wird.

2. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, welche eine Einrichtung zum Vorspannen des Gates eines Steuer-FET (48) in jedem Ausgangszweig (34, 36) mit einem Datensignal (D&sub1;) aufweist, um zu bewirken, daß die Steuer- FETs (48) selektiv leiten oder abgeschnürt sind, um ein Drucken in einem vorbestimmten Muster zu bewirken, und zum Vorspannen der Gates der anderen Steuer-FETs (50, 52, 54, 56) mit Programmierungsdatensignalen, um den Strom zu variieren, der dem jeweiligen FET (58) in dem Druckkopf zugeführt wird.

3. Die Leistungsversorgung gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Referenz-FET eine Mehrzahl von FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) aufweist, und bei der eine Mehrzahl von entsprechenden Steuer-FETs (24, 26, 28, 30, 32) seriell zu den jeweiligen FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) geschaltet ist;

wobei die Gates der FET-Elemente (12, 14, 16, 18, 20) in dem Referenz-FET und die Ausgangstreiber-FETs gemeinsam mit der Niederimpedanz-Spannungsquelle (10) verbunden sind, wobei die Spannungsversorgung ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung zum selektiven Vorspannen der Steuer- FETs (24, 26, 28, 30, 32) in dem Referenzzweig mit Datensignalen, um zu ermöglichen, daß ein Strom in den entsprechenden FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) fließt, wodurch die Spannung (Vr) der Niederimpedanz- Quelle variiert werden kann, wodurch die Strommenge, die durch die Ausgangstreiber-FETs den jeweiligen LEDs (58) in dem Druckkopf zugeführt wird, gesteuert wird.

4. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 3, bei der das Gate eines Steuer-FET (24) des Referenzzweigs durch eine vorbestimmte Spannung (Vb) vorgespannt ist, um eine Leitung beizubehalten, wobei die Gates der anderen Steuer-FET-Elemente (26, 28, 30, 32) durch Programmierungsdatensignale selektiv vorgespannt sind.

5. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 1, bei der in jedem Ausgangszweig (34, 36) das FET-Element (38, 40, 42, 44, 46) die gleiche Kanalbreite wie der jeweilige Steuer-FET (48, 50, 52, 54, 56) in jeder Serienverbindung aufweist, wobei die FET-Elemente (38, 40, 42, 44, 46) unterschiedliche Kanalbreiten aufweisen.

6. Eine Leistungsversorgung für einen Druckkopf mit Licht-emittierenden Dioden, wobei die Leistungsversorgung folgende Merkmale aufweist: einen Referenz-FET in einem Referenzzweig (22); eine Mehrzahl von Ausgangstreiber-FETs in Ausgangszweigen (34, 36), wobei jeder einen Ausgang zur Verbindung mit einer jeweiligen LED (58) in einem Druckkopf aufweist; eine Niederimpedanz- Spannungsquelle (10); und eine Einrichtung (Rr), die mit der Niederimpedanz-Spannungsquelle (10) verbunden ist, um einen konstanten Strom durch den Referenz-FET in dem Referenzzweig (22) sicherzustellen; dadurch gekennzeichnet, daß der Referenz-FET eine Mehrzahl von FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) aufweist, und daß eine Mehrzahl von entsprechenden Steuer-FETs (24, 26, 28, 30, 32) seriell zu den jeweiligen FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) geschaltet sind;

wobei die Mehrzahl von Steuer-FETs (48, 50, 52, 54, 56) seriell zu den jeweiligen FET-Elementen (38, 40, 42, 44, 46) geschaltet sind, wobei die Serienschaltungen aus Steuer-FET (48, 50, 52, 54, 56) und FET-Element (38, 40, 42, 44, 46) parallel geschaltet sind;

wobei die Gates der FET-Elemente (12, 14, 16, 18, 20) und der Ausgangstreiber-FETs gemeinsam mit der Niederimpedanz-Spannungsquelle (10) verbunden sind; und

wobei eine Einrichtung zum selektiven Vorspannen der Steuer-FETs (24, 26, 28, 30, 32) mit Datensignalen vorgesehen ist, um es zu ermöglichen, daß ein Strom in den entsprechenden FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) fließt, wodurch die Spannung (Vr) der Niederimpedanz- Spannungsquelle variiert werden kann, wodurch die Strommenge, die durch die Ausgangstreiber-FETs zu den jeweiligen LEDs (58) in den Druckkopf geliefert wird, gesteuert wird.

7. Die Leistungsversorgung gemäß Anspruch 3 oder 6, bei der in dem Referenzzweig das FET-Element (12, 14, 16, 18, 20) die gleiche Kanalbreite wie der jeweilige Steuer-FET (24, 26, 28, 30, 32) in jeder Serienschaltung aufweist, wobei die FET-Elemente (24, 26, 28, 30, 32) unterschiedliche Kanalbreiten aufweisen.

8. Ein Verfahren zum Liefern von im wesentlichen Quadratwellen-Strom zu einer Mehrzahl von LEDs (58), mit folgenden Schritten:

Erzeugen einer Spannung (Vr) von einer Quelle (10) mit einer relativ niedrigen Treiberimpedanz;

Leiten eines konstanten Stroms durch einen Referenz-FET in einem Referenzzweig (22); und

Zuführen eines Stroms zu den LEDs (58) über Ausgangstreiber-FETs in Ausgangszweigen (34, 36);

gekennzeichnet durch ein gemeinsames Vorspannen des Referenz-FET (22) und der Ausgangstreiber-FETs mit der Spannung (Vr);

Erzeugen von Datensignalen; und

Ermöglichen eines Stromflusses von ausgewählten der Ausgangstreiber-FETs zu den jeweiligen LEDs (58), wobei der Errnöglichungsschritt das Vorspannen ausgewählter einer Mehrzahl von Steuer-FETs (48, 50, 52, 54, 56) mit den jeweiligen Datensignalen aufweist, wobei jeder derselben seriell zu einem jeweiligen FET-Element (38, 40, 42, 44, 46) des Ausgangstreiber-FET geschaltet ist, wobei die Serienschaltungen aus Steuer-FET (48, 50, 52, 54, 56) und FET-Element (38, 40, 42, 44, 46) parallel geschaltet sind, um zu ermöglichen, daß ein Strom in den entsprechenden FET-Elementen (38, 40, 42, 44, 46) und daher zu den jeweiligen LEDs (58) fließt.

9. Das Verfahren gemäß Anspruch 7, das ferner das Vorspannen des Gates eines Steuer-FET (48) in jedem Ausgangszweig mit einem Datensignal (D1), um zu bewirken, daß der letztere FET (48) entweder leitet oder abgeschnürt ist, und das Vorspannen der Gates der anderen Steuer- FETs (50, 52, 54, 56) in jedem Ausgangszweig mit Programmierungsdatensignalen aufweist.

10. Das Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, das den Schritt des selektiven Vorspannens von Steuer-FETs (24, 26, 28, 30, 32) in dem Referenzzweig aufweist, um den Pegel der Spannung (Vr) zu steuern, wodurch der Strombetrag, der den LEDs (58) zugeführt wird, gesteuert wird.

11. Das Verfahren gemäß Anspruch 10, das das Vorspannen des Gates eines Steuer-FET (24) des Referenzzweiges mit einer vorbestimmten Spannung (Vb) aufweist, um eine Leitung beizubehalten, wobei die Gates der anderen Steuer-FETs durch Programmierungsdatensignale vorgespannt sind.

12. Ein Verfahren zum Liefern von Quadratwellenstrom zu einer Mehrzahl von LEDs (58), mit folgenden Schritten:

Erzeugen einer Spannung (Vr) von einer Quelle (10) mit einer relativ niedrigen Treiberimpedanz; und

Leiten eines konstanten Stroms durch einen Referenz-FET in einem Referenzzweig (22);

gekennzeichnet durch gemeinsames Vorspannen des Referenz-FET und von Ausgangstreiber-FETs in Ausgangszweigen (34, 36) mit der Spannung (Vr), wobei jeder der Ausgangstreiber-FETs einen Ausgang aufweist, der mit der jeweiligen LED (58) verbunden ist;

Erzeugen von Datensignalen;

Ermöglichen, daß ein Strom von ausgewählten Ausgangstreiber-FETs zu den jeweiligen LEDs (58) als Reaktion auf die Datensignale fließt; und

Variieren der Spannung (Vr), wobei der Variierenschritt das Vorspannen ausgewähler einer Mehrzahl von Steuer- FETs (24, 26, 28, 30, 32) aufweist, von denen jeder in serieller Beziehung mit einem jeweiligen FET-Element (12, 14, 16, 18, 20) des Referenz-FET verbunden ist, wobei die Serienschaltungen aus Steuer-FET (24, 26, 28, 30, 32) und FET-Element (12, 14, 16, 18, 20) parallel geschaltet sind, um es zu ermöglichen, daß ein Strom in den entsprechenden FET-Elementen (12, 14, 16, 18, 20) fließt, wodurch die Spannung (Vr) und der Strom, der von den Ausgangstreiber-FETs zu den LEDs (58) zugeführt wird, variiert werden.