-
Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Schaltung, umfassend einen
durch eine Sicherung programmierbaren Ausgang und insbesondere auf eine
schmelzbare Verbindungsschaltung mit einem durch eine Sicherung
programmierbaren Ausgang mit einer Vorbesichtigungsfunktion.
-
Tintenstrahldrucker
spritzen Tinte auf einen Druckträger,
wie Papier, gemäß bestimmten
Mustern von eng beabstandeten Punkten. Um Farbbilder zu bilden,
werden mehrere Tintenstrahldruckköpfe verwendet, wobei jeder
Kopf mit Tinte einer unterschiedlichen Farbe aus einem entsprechenden
Tintenbehälter
versorgt wird. Das Drucksystem kann in entweder einen Wagentyp-
oder Seitenbreitentypdrucker aufgenommen werden. Ein Wagentypdrucker,
wie beispielsweise der in US-Patenten 4,571,599 und Re. 32,572 offenbarte
Typ, umfasst üblicherweise
einen relativ kleinen Druckkopf mit Tintenkanälen und Düsen. Der Druckkopf ist üblicherweise
versiegelt mit einem Tintenversorgungsbehälter verbunden und die Kombination
von Druckkopf und Behälter
bilden eine Patronenanordnung, die erwidert ist, um einen jeweiligen
Informationsschwaden auf einem stationär gehaltenen Datenträger, wie
Papier, zu drucken. Nachdem der Schwaden gedruckt wurde, wird das
Papier um eine Distanz verschoben, die der Höhe des gedruckten Schwadens
gleich ist, so dass der nächste gedruckte
Schwaden angrenzend dazu gelegen ist. Der Vorgang wird wiederholt,
bis die gesamte Seite gedruckt wurde. Der Seitenbreitendrucker umfasst einen
stationären
Druckkopf mit einer Länge,
die gleich oder größer als
die Papierbreite ist. Das Papier wird kontinuierlich dem Seitenbreitendruckkopf
entlang senkrecht zur Druckkopflänge
mit einer konstanten Geschwindigkeit während des Druckvorgangs bewegt.
Ein Beispiel eines Seitenbreitendruckers ist in US-Patent 5,221,397
zu finden.
-
Ein
bekanntes Problem mit thermischen Tintenstrahldruckern ist die Verschlechterung
der Ausgangsdruckqualität
aufgrund einer Veränderung
der aus den Druckkopfdüsen
gespritzten Tintenmenge, die aus Schwankungen der Druckkopftemperaturen resultiert.
Diese Temperaturen führen
zu Variationen in der Größe der gespritzten
Tropfen, die eine verschlechterte Druckqualität verursachen. Die Größe der gespritzten
Tropfen variiert gemäß der Druckkopftemperatur,
weil zwei Eigenschaften, die die Größe der Tropfen bestimmen, von
der Druckkopftemperatur abhängig
sind: die Tintenviskosität
und die Menge der Tinte, die von einem während eines Druckimpulses angesteuerten
Zündungswiderstand
verdampft wurde. Die Schwankungen der Druckkopftemperatur kommen üblicherweise
bei dem Startvorgang des Druckers vor, bei Veränderungen der Umgebungstemperatur,
und wenn der Druckerausgang variiert.
-
Beim
Drucken von Text, Graustufenbildern und/oder Farbbildern können die
Finsternis, der Kontrast und Farbenwiedergabe von der Druckkopftemperatur
abhängig
sein. Um Text, Grafik oder Bilder höchster Qualität auszudrucken,
muss die Druckkopftemperatur konstant bleiben. Darüber hinaus muss
nicht nur die Druckkopftemperatur konstant bleiben, sondern muss
jeder der Druckköpfe,
entweder innerhalb einer einzigen Druckmaschine oder unter einer
Vielzahl von Maschinen, von einem Druckkopf zum anderen konsistent
drucken, so dass der Druckausgang solcher Maschinen konsistent bleibt. Folglich
muss die Kalibrierung der Temperatursensoren zwischen den verschiedenen
Druckköpfen
ausgeführt
werden.
-
Verschiedene
Systeme und Verfahren zum Steuern der Druckkopftemperatur sind im
Stand der Technik bekannt, welche eine Druckkopftemperatur ermitteln
und ermittelte Temperatursignale verwenden, um Temperaturschwankungen
oder -erhöhungen
auszugleichen. Ebenso sind sicherungsprogrammierbare Schaltungen
und schmelzbare Verbindungen auch bekannt.
-
Im
US-Patent 4,551,685 von Kerns, Jr. et al., wird ein programmierbarer
Verstärker
beschrieben. Eine Decodier- und Programmierschaltung zum Empfangen
eines Eingangsprogrammierbefehlsignals wird verwendet, um die geeigneten
Sicherungen wahlweise durchzubrennen oder zu öffnen, damit eine gewünschte Signalschwächung in
einem beschriebenen Netzwerk erreicht wird. Nach dem Programmieren
wird die Verstärkung
der Verstärkungsschaltung,
wobei die Verstärkung
mit der Gesamtschwächung
des Netzwerks verbunden ist, permanent gesetzt, und erfordert nicht,
dass das Programmiersignal kontinuierlich angelegt wird.
-
US-Patent
5,075,690 von Kneezel offenbart einen analogen Temperatursensor
für Tintenstrahldruckköpfe, der
ein genaueres Ansprechverhalten durch Bilden des Thermistoren auf
dem Substrat des Druckknopfs und aus dem selben Polysiliconmaterial wie
die Widerstände,
die beheizt werden, um Tropfen aus den Druckkopfdüsen zu spritzen,
erreicht.
-
US-Patent
5,387,823 von Ashizawa beschreibt eine sicherungsprogrammierbare
Steuerungsschaltung, umfassend eine Hauptsteuereinheit mit einer
ersten schmelzbaren Verbindung, die die Stromversorgung eines sicherungsprogrammierbaren
Speichers steuert. Wenn ein Signalausgang aus dem sicherungsprogrammierbaren
Speicher nicht notwendig ist, wird die erste schmelzbare Verbindung abgeschnitten.
Wenn ein Signalausgang aus dem sicherungsprogrammierbaren Speicher
notwendig ist, bleibt die erste schmelzbare Verbindung intakt und der
sicherungsprogrammierbare Speicher wird durch Abschneiden einer
schmelzbaren Verbindung in jedem einer Vielzahl von Paaren von schmelzbaren Verbindungen
programmiert.
-
EP-A-0
675 439 bezieht sich auf eine nicht-destruktive Sicherungsschaltung,
die das Durchbrennen einer Sicherung emulieren kann. Die Schaltung
umfasst ein Steuerungslogikmittel und eine Sicherung, die mit dem
Steuerungslogikmittel verbunden ist. Die Schaltung umfasst weiterhin
einen Transistor, der mit der Sicherung und zwei Invertern verbunden
ist. Wenn ein Signal an das Steuerungslogikmittel angelegt wird,
emuliert das Ausgangssignal das Durchbrennen der Sicherung. Eine
solche Sicherungsschaltung kann in Vorrichtungen mit integrierten
Schaltungen implementiert werden, wobei die nicht-destruktive Sicherungsschaltung
mit einem redundanten Element assoziiert wird, um das redundante
Element vor einer Laserreparatur durch Emulation des Durchbrennens
der sich in einer solchen Sicherungsschaltung befindenden Sicherung
zu aktivieren und/oder zu testen. Die Sicherung kann dann, wenn gewünscht, permanent
durchgebrannt werden, um die Schaltung permanent zu programmieren.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine schmelzbare
Verbindungsschaltung anzugeben, die es ermöglicht, den offenen Zustand der
schmelzbaren Verbindung nicht-destruktiv zu simulieren.
-
Diese
Aufgabe wird durch die schmelzbare Verbindungsschaltung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
1 und durch das Verfahren zum Vorbesichtigen des Zustands einer
schmelzbaren Verbindung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7
gelöst.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
1 stellt
ein elektrisches Blockdiagramm dar, das eine Schaltung zum Ermitteln
von Änderungen
der Druckkopftemperatur mit einer programmierbaren schmelzbaren
Verbindungsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
2 stellt
eine schmelzbare Verbindungsschaltung gemäß dem Stand der Technik dar.
-
3 stellt
eine schmelzbare Verbindungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
-
4 stellt
die schmelzbare Verbindungsschaltung der 3 dar, wobei
die schmelzbare Verbindung zu einem offenen Zustand gezwungen wurde.
-
5 stellt
eine andere Ausführungsform der
schmelzbaren Verbindungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
-
6 stellt
eine andere Ausführungsform der
schmelzbaren Verbindungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
-
7 stellt
einen temperaturgesteuerten Oszillator dar, der eine Vielzahl von
schmelzbaren Verbindungsschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst.
-
8 stellt
ein Flussdiagramm eines Programmiervorgangs der schmelzbaren Verbindungsschaltung
und der programmierbaren Temperaturemittlungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
-
9 stellt
eine alternative Ausführungsform der 1 dar,
wobei alle Temperaturermittlungsschaltungen auf einem einzigen integrierten
Schaltungschip auf dem Druckkopf abgebildet sind.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wird, ist dies selbstverständlich nicht beabsichtigt,
die Erfindung auf diese Ausführungsform
zu begrenzen. Im Gegensatz ist es beabsichtigt, alle Alternativen, Än derungen
und Äquivalente,
die von der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, abgeleitet
werden können,
abzudecken.
-
In
Bezug auf 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm
eines Abschnitts eines thermischen Tintenstrahldruckers gezeigt,
der eine schmelzbare Verbindungsschaltung und Verfahren zur Temperaturermittlung
gemäß der Erfindung
verwendet. Die Erfindung kann in einem Drucker des im US-Patent 4,980,702
und Re. 32,572 offenbarten Typen verwendet werden, wobei Änderungen
gemäß der Prinzipien
der Erfindung unten beschrieben werden. Eine Steuereinheit 10 empfängt Eingangsbilddatensignale von
einer Bilddatenquelle wie einem Computer (nicht gezeigt). Die Steuereinheit
verarbeitet die Druckdaten in einer Datenumwandlungsschaltung, um
Drucksteuerinformation dem Druckkopf 12 bereitzustellen. Die
Steuereinheit 10 umfasst üblicherweise eine CPU, einen
ROM 14 zum Speichern von Programmen und einen RAM. Die
Steuereinheit führt
die unten beschriebenen Temperaturermittlungs- und Korrekturfunktionen
aus, und steuert den Betrieb des Druckwagens, auf dem der Druckkopf 12 montiert
ist, die Bewegung des Aufnahmemediums und Systemzeitfunktionen.
-
Die
Steuereinheit 10 sendet Heizwiderstandssteuerungsimpulse
und Leistungspegelsignale zur Steuerungsschaltung 16, die
auf dem Substrat des Druckkopfes 12, wie gezeigt, oder
alternativ in der Steuereinheit 10, gebildet werden kann.
Die Steuerung 16 umfasst eine Vielzahl von Steuerungstransistoren
zum Anlegen von Steuerungssignalen an entsprechende Widerstandsheizgeräte 18.
Die Steuerung 16 umfasst auch eine Vielzahl von Leistungstransistoren
zur Steuerung des Leistungspegels der an die Widerstandsheizgeräte angelegten Steuerungssignale.
Selbstverständlich
könnten
die Steuerungs- und
Leistungspegelsignale direkt von der Steuereinheit 10 über flexible
elektrische Drähte, wie
im Stand der Technik üblich,
angelegt werden.
-
Wenn
ein Druckvorgang eingeleitet wird, wird ein Scannwagen, der den
Druckkopf 12 trägt,
hin und her entlang einer Scannbahn bewegt, wobei Tinte durch Druckkopfdüsen herausgespritzt
wird, wenn die jeweiligen Widerstandsheizgeräte durch Signale von der Steuerschaltung 16 angeregt
werden. Wenn der Druckvorgang fortgesetzt wird, kann die Temperatur
des Druckkopfes 12 anfangen, zuzunehmen, wodurch die Tintenmenge,
die durch die Düsen
herausgespritzt wird, zunimmt, was zu einer erhöhten Punktgröße der auf
dem Aufnahmemedium gespritzten Tinte führt. Ein temperaturgesteuerter
Oszillator 20 befindet sich auf dem Substrat des Druckkopfes 12 in
einem Ort, der den Tempera turschwankungen des Druckkopfes ausgesetzt
ist. Der Oszillator 20 wird durch ein Signal zur Funktionsfreigabe
(FCLR) von der Steuereinheit 10 aktiviert und fängt an,
einen Satz von Ausgangsimpulsen zu generieren, deren Frequenz temperaturabhängig ist.
Er kann auch einen frei schwingenden Oszillator, d.h. einen Takt ohne
Gatter, umfassen.
-
In
Bezug auf 1 erzeugt der Oszillator 20 ein
periodisches Signal, beispielsweise umfassend rechteckige, dreieckige
oder sinusförmige
Wellenformen, während
der Zeit, wo FCLR hoch ist. Diese Ausgangsimpulse, die eine relativ
hohe Amplitude von 3-5 V aufweisen, werden an einen Zähler 22 gesendet.
Der Zähler 22 muss
sich nicht auf dem Druckkopf befinden, sondern kann woanders angeordnet
werden, beispielsweise in der Steuereinheit 10. Der Zähler wird
durch ein Startsignal von einer Folgesteuerung (Zustandsmaschine)
in der Steuereinheit 10, das über eine Synchronisierungsschaltung 24 angelegt
wird, aktiviert. Die Funktion der Synchronisierungsschaltung besteht
darin, die Zeitsteuerung zu synchronisieren und zu verhindern, dass
der Zähler
metastabilisiert. Während
der Start- und Halteperioden akkumuliert (zählt) der Zähler 22 die Anzahl
der Impulse, die innerhalb der vorbestimmten Periode vorkommen,
die durch das Startsignal eingeleitet und durch das Haltesignal
terminiert wird. Der Inhalt des Zählers 22 wird als
N(T) in der Lese-/Steuerlogikschaltung 26 registriert.
Der digitale Ausgang der Lese-/Steuerschaltung ist eine direkte
binäre Darstellung
der Druckkopftemperatur. Weitere Erklärungen der Oszillatoren können in
der am 19. August 1997 gewährten
US-Patentanmeldung 08/570,024 gefunden werden.
-
Die
Frequenz und Periode des temperaturgesteuerten Oszillators TCO sind
von der Temperatur (wie der Name TCO zu erkennen gibt) der in der Schaltung
integrierten Sensoren abhängig.
Damit das elektronische Subsystem (ESS) in einem IOT die geeignete
Energie justieren kann, die an ein bestimmtes TIJ-Die-Modul bei
einer bestimmten Temperatur angelegt wird, nimmt das System an,
dass die Temperatur dieses Die durch dieselbe analoge Größe (TCO-Periode)
an jedem Zeitpunkt dargestellt wird. Zum Beispiel kann das ESS,
das die Ausgangsperiode des integrierten temperaturgesteuerten Oszillators
TCO bei 550 ns misst, eine Suchtabelle abfragen, um eine Temperatur
des Die Moduls von 35°C
zu bestimmen. Wenn die Periode des temperaturgesteuerten Oszillators
TCO bei 600 ns gemessen wird, kann eine andere Abfrage der Suchtabelle
eine Temperatur des Die-Moduls von 25°C zeigen.
-
Das
digitale Temperatursignal oder ein digitales Wort oder Byte, das
der Druckkopftemperatur entspricht, wird an den ROM
14 gesendet.
In dem ROM
14 werden Suchtabellen hochgeladen, die der temperaturabhängigen Kennlinie
des Widerstandsheizgeräts
18 entsprechen.
Der Prozessor
10 liest das digitale Wort aus, das der ermittelten
Druckkopftemperatur entspricht und „sucht" die passende Kombination von Impulsdauer
und Leistungspegel, die an die Steuerschaltung
16 angelegt
werden müssen,
um die Auswirkungen der Temperaturänderung zu kompensieren. Weitere
Details des Hochladens eines ROM
14 werden im oben erwähnten
US 5,223,853 gefunden.
-
Gemäß eines
Merkmals der Erfindung kann die Ermittlungsperiode jederzeit während des
Druckvorgangs sein, selbst während
eines Druckschwadens, und ist nicht auf das Generieren von Temperatursteuersignalen
nur am Ende eines Druckschwadens begrenzt.
-
Wie
weiterhin in 1 erläutert, wird eine schmelzbare
Verbindungsschaltung 30 angezeigt, die mit dem temperaturgesteuerten
Oszillator elektrisch verbunden ist. Wie beschrieben, generiert
der temperaturgesteuerte Oszillator ein periodisches Signal, dessen
Frequenz temperaturabhängig
ist. Der Ausgang des temperaturgesteuerten Oszillators kann allerdings
aufgrund von Änderungen
der zur Bildung des temperaturgesteuerten Oszillators 20 auf dem
Druckkopf verwendeten Herstellungsverfahren variieren. Infolgedessen
wird die schmelzbare Verbindungsschaltung verwendet, um den originalen Ausgang
des temperaturgesteuerten Oszillators so anzupassen, dass der angepasste
temperaturgesteuerte Oszillator einen genauen Ausgang ausgibt, der
mit den Temperatursensoren des temperaturgesteuerten Oszillators
verbunden ist. Folglich kann der Ausgang durch Aufnehmen einer schmelzbaren
Verbindungsschaltung in den temperaturgesteuerten Oszillator so
angepasst werden, dass seine Ausgangswerte von einem Druckmodul
zum anderen, einem Druckkopf zum anderen und einem Drucker zum anderen
konsistent bleiben.
-
Um
den Ausgangswert des temperaturgesteuerten Oszillators 20 anzupassen,
umfasst die schmelzbare Verbindungsschaltung eine Vielzahl von Eingängen 32,
die Eingangssignale zum Anpassen des Ausgangssignals f(T) empfangen.
Ein Beispiel einer schmelzbaren Verbindungsschaltung gemäß dem Stand
der Technik wird in 2 erläutert. Die schmelzbare Verbindungsschaltung
gemäß dem Stand
der Technik umfasst einen Durchbrenneingang 34, der mit
einem schmelzbaren Element 36 verbunden ist, dessen eines
Ende mit einer Erde verbunden ist und dessen anderes Ende an einen
Puffer 38 angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Puffers
ein Puffer-Logikausgang 40 ist. Ein Widerstand 41 ist zwischen
einer Spannungsversorgung Vcc und dem Eingang
des Puffers 38 gekoppelt. In der Schaltung wird das schmelzbare
Element 36 durchgebrannt oder in einen offenen Zustand
gezwungen, wenn ein Eingangssignal an den Durchbrenneingang 34 angelegt
wird, das eine ausreichende Leistungsmenge aufweist. Folglich wird
der Logikausgang am Ausgang 40 bei der Versorgungsspannung
Vcc gesetzt. Wenn allerdings das schmelzbare
Element 36 intakt bleibt, wird der Puffer-Logikausgang 40 aufgrund
der Verbindung zur Erde tief getrieben.
-
In
diesem Schaltungstyp gemäß dem Stand der
Technik ist das am Puffer-Logikausgang 40 vorhandene Ausgangssignal
vollständig
von dem Zustand der schmelzbaren Verbindung 36 abhängig, unabhängig von
einem am Eingang 34 angelegten Eingangssignal. Wenn das
am Durchbrenneingang 34 angelegte Signal beispielsweise
nicht ausreichend wäre,
um das schmelzbare Element 36 zu einem offenen Zustand
zu zwingen, hätte
der Ausgang am Puffer-Logikausgang 40 einen Wert von ungefähr null.
Wenn der gepufferte Logikausgang 40 allerdings zu einem
hohen Pegel getrieben werden soll, der von der Versorgungsspannung
Vcc abhängig
ist, wird dann das schmelzbare Element 36 durch das Eingangssignal
am Durchbrenneingang 34 in einen offenen Zustand gezwungen.
Folglich leiden die schmelzbaren Verbindungsschaltungen gemäß dem Stand
der Technik unter der Tatsache, dass der Ausgang solcher Schaltungen
von dem Zustand des schmelzbaren Elements 36 völlig abhängig ist.
In solchen Konfigurationen ist das Simulieren eines durchgebrannten
schmelzbaren Elements nicht möglich, da
der Ausgangspegel am Ausgang 40 von dem physikalischen
Zustand der schmelzbaren Verbindung völlig abhängt. Infolgedessen, wenn es
nach Zerstörung
des schmelzbaren Elements 36 herausgefunden wird, dass
das schmelzbare Element hätte
nicht zu einem offenen Zustand gezwungen werden sollen, ist es unmöglich, das
schmelzbare Element zu reparieren, insbesondere ist es unmöglich, in
einer integrierten Schaltung zum vorherigen Zustand zu gelangen.
-
3 erläutert eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine schmelzbare Verbindungsschaltung 42 ist
dargestellt, die eine Vorbesichtigungsfunktion umfasst, die es ermöglicht,
den Zustand einer schmelzbaren Verbindung 44, die entweder
einem offenen Zustand oder einem intakten Zustand entspricht, durch "normale" Eingangslogikspannungspegel
zu simulieren. Die schmelzbare Verbindungsschaltung 42 umfasst
eine Widerstandseinheit, wie beispielsweise einen ersten Feldeffekt-Transistor 46,
und eine Schalteinheit, wie beispielsweise einen zweiten Feldeffekt-Transistor 48, jeweils
umfassend jeweilige Gate-Anschlüsse 50 und 52,
die miteinander und der Versorgungsspannung Vcc verbunden
sind. Die Widerstandseinheit kann sowohl einen Widerstand mit einem
Widerstandswert oder einen Transistor 46, wie dargestellt,
umfassen. Ein Eingabeterminal 54 empfängt ein Eingangssignal, das
einem gemeinsamen Knoten zugeführt
wird, der den ersten Transistor 46 mit dem zweiten Transistor 48 über die
Sicherung 44 verbindet. Ein Puffer 56 ist mit
dem Knoten 55 verbunden und stellt eine Pufferungs- oder
Isolierungsfunktion zwischen dem Eingang 54 und dem Ausgang 58 bereit.
-
Wie
in 3 dargestellt, agieren die zwei Transistoren 46 und 48 als
Widerstandsteiler mit entsprechenden Widerständen im leitenden Zustand oder
Widerständen/Widerständen im
leitenden Zustand, die so ausgewählt
werden, dass der untere Abschnitt der Schaltung mit der schmelzbaren
Verbindung 44 und dem Transistor 48 einen kleineren Widerstand
als der obere Abschnitt mit dem Transistor 46 umfasst.
In einer Ausführungsform
soll der Transistor 46 einen Widerstand umfassen, der fünfmal größer als
der Widerstand des Transistors 48 ist. Wenn ein Widerstand
verwendet würde,
würde das Verhältnis unverändert bleiben.
Folglich ist ein Source-Terminal 60, der mit dem Ausgangspuffer 56 verbunden
ist, bei einer Spannung, die niedrig genug ist, dass der gepufferte
Ausgang am Ausgang 58 zu einem logischen Zustand "null" gesetzt wird, wenn
kein Eingangssignal am Eingang 54 angelegt wird. Dieser Zustand
entspricht der Situation, wo die schmelzbare Verbindung intakt bleibt.
Wenn ein Eingangssignal allerdings am Eingangsterminal 54 angelegt
wird, das einen ausreichend hohen Spannungspegel umfasst, wird das
gepufferte Ausgangssignal am Ausgang 58 zu einem logischen "eins" gezwungen, was dem
entspricht, dass die schmelzbare Verbindung 44 in einen offenen
Zustand gezwungen wird. Die Schaltung wird so ausgelegt, dass die
Integrität
und Zuverlässigkeit der
Schaltungselemente bei "normalen" Spannungspegeln
(ungefähr
3,0 bis 5,0 V, z.B. in nominal 5 V TTL- und CMOS-Logikschaltungen)
nicht beeinträchtigt
werden. Um den Ausgang zu einem logischen Null-Pegel zu zwingen,
kann das am Eingang 54 angelegte Eingangssignal entweder
erdfrei gehalten werden, wie oben beschrieben, oder ein niedriger
logischer Spannungspegel angelegt werden, um einen Ausgangsspannungspegel
von null sicherzustellen.
-
Der
Ausgangsterminal 58 der folgenden Ausführungsform ist mit der TCO-Schaltung 20 der 1 so
verbunden, dass ein durchgebrannter oder intakter Zustand der schmelzba ren
Verbindung 44 durch Anlegen eines Eingangssignals der beschriebenen
Pegel am Eingang 54 simuliert werden kann. Folglich ist
es dank der vorliegenden Erfindung möglich, entweder durchgebrannte
oder intakte Zustände einer
oder mehrerer schmelzbarer Elemente einer elektronischen Schaltung
nicht-destruktiv zu simulieren.
-
Solche
schmelzbaren Verbindungen sind aber nicht auf eine Anwendung mit
einem temperaturgesteuerten Oszillator 20 begrenzt, sondern
sind auch auf eine Vielzahl von bekannten Schaltungen, einschließlich integrierte
Schaltungen, anwendbar. Funktionen, wie Logik-Netzwerksynthese in
ASICs, Kodieren und Beschriften von seriellen Nummern, Passwörtern oder
elektronischen "Kombinationsschloss"-Daten und Speichern
von Leistungsdaten in einem Produkt, die vor dem Eintreffen bei
einem Endbenutzer gemessen werden, können auch adressiert werden.
Ob eine bestimmte schmelzbare Verbindung in einen offenen Zustand
gezwungen werden oder intakt bleiben soll, wird in solchen bekannten
Schaltungen üblicherweise
unabhängig
von dem schmelzbaren Element an sich bestimmt. Zum Beispiel wird
ein synthetisiertes Logiknetzwerk in programmierbaren Logikschaltungen
durch Durchbrennen oder Zwingen der nötigen Sicherungen in einen
offenen Zustand basierend auf durch einen Compiler generierten Algorithmen
ausgeführt.
Eine serielle Nummer ist eine bekannte digitale Größe, die
in einer Vorrichtung codiert wird. Eine gemessene Ausgangsleistung
einer Vorrichtung kann durch eine digitale Größe dargestellt werden, die
in einer Vielzahl von schmelzbaren Elementen codiert wird. In diesen
Fällen
wird die typische Konfiguration einer schmelzbaren Verbindungsschaltung
mit einem schmelzbaren Element beschrieben, das zwischen einem Erdeknoten
und einem "Durchbrenn"-Knoten angeordnet
wird, wie in der Darstellung gemäß dem Stand
der Technik in 2 gezeigt. In diesen Konfigurationen
ist das Simulieren einer durchgebrannten Sicherung nicht möglich, da
eine an dem Eingang angelegte "normale" Logikspannung das
schmelzbare Element zerstören
würde.
-
Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es aber, eine Messung oder Änderungen
in der Reaktion einer Schaltung durch Simulieren von entweder durchgebrannten
oder intakten Sicherungen durch Anlegen hoher oder niedriger Eingangslogikpegel
bei normalen Spannungspegeln für
jede der Sicherungskombinationen zu überwachen. Die gemessenen Werte
der Reaktion der Schaltung können
dann für die
Kombination der simulierten Sicherungszustände mit einem vorbestimmten
Referenzwert verglichen werden. Die Kombination von durchgebrannten
und intakten Sicherungen, die am Nächsten mit dem erwünschten
Referenzausgangssignal verbunden ist, kann durch Anlegen eines Span nungseingangspegels über normale
Logikspannungen hinaus in eine Schaltung permanent geschrieben oder
programmiert werden, wobei der Spannungseingangspegel ausreichend
ist, um das schmelzbare Element oder Elemente, die mit den erwünschten
durchgebrannten Zuständen
assoziiert sind, zu zerstören,
aber niedrig genug ist, um die anderen übrigen Schaltungselemente nicht
zu schädigen.
-
Sobald
es bestimmt wurde, welche erwünschte
Ausgangszustände
am Ausgang 58 generiert werden müssen, um einer offenen oder
durchgebrannten schmelzbaren Verbindung 44 zu entsprechen,
wird eine Spannung, deren Amplitude und Zeitdauer ausreichend sind,
um das schmelzbare Element 44 zu zerstören, am Eingang 54 angelegt.
Dieses Eingangssignal sollte eine Amplitude aufweisen, die niedrig
genug ist, um den oberen Transistor 46, im Falle eines
Transistors, und den Eingang des Puffers 56 oder den Puffer-Ausgang 56 nicht
zu schädigen.
Der untere Transistor 48 tritt in einen Lavinendurchbruch-Modus
ein, was zu einem tatsächlichen Kurzschluss
führt,
der wiederum die schmelzbare Verbindung zerstört. Die über den Knoten 54 am Drain-Anschluss
angelegte Spannung sollte einen ausreichend hohen Strom aufweisen,
um das schmelzbare Element 44 verschmelzen zu lassen oder
offen zu zwingen, was in der 4 erläutert wird,
wo das schmelzbare Element von einem Signal mit einer ausreichend
hohen Eingangsamplitude zerstört
wurde. Es wurde herausgefunden, dass ein Eingangssignal mit ungefähr 13-15
V genügt,
um die schmelzbare Verbindung zu öffnen oder zu zerstören, ohne
andere Komponenten zu schädigen.
-
5 erläutert eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer geänderten Anordnung der einzelnen
Transistoren, wobei ein Eingangssignal von 5 V, das am Eingang angelegt wird,
einen logischen eins-Ausgang generiert, zum Zweck der Simulation
einer durchgebrannten schmelzbaren Verbindung. Die Nummerierung
bleibt wie in 3 und 4 unverändert, da
die Komponenten dieselben sind, aber die Anordnung jedes Transistors
und der schmelzbaren Verbindung wie dargestellt, geändert wurde.
Der Transistor 46, wie vorher, umfasst eine Transkonduktanz,
die fünfmal größer als
die Transkonduktanz des Transistors 48 ausgewählt wird.
Um die nicht-destruktive Simulation von Ausgangszuständen zu
erzielen, würde
ein Eingangssignal von null Volts eine logische Null am Ausgang
generieren. Die schmelzbare Verbindung wird zu einem offenen Zustand
gezwungen, wenn eine Spannung von negativen 10 V oder weniger am
Eingang angelegt wird. Folglich ist der Ausgang eine logische Null,
wenn die Sicherung intakt ist und der Eingang erdfrei bleibt, und
der Ausgang ist eine logische eins, wenn die Sicherung durchgebrannt
ist und der Eingang erdfrei bleibt.
-
Obwohl
die Ausführungsformen
von 3, 4 und 5 NMOS-Transistoren
umfassen, stellt die 6 eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar, welche PMOS-Transistoren umfasst. Wie dargestellt,
wird eine Erdverbindung jeweils mit dem Gate-Anschluss 66 eines ersten Transistors 68 und
dem Gate-Anschluss 70 eines zweiten Transistors 72 hergestellt.
Ein Eingangsterminal 74 ist mit einem gemeinsamen Knoten 76 gekoppelt,
der mit einem Puffer 78 verbunden ist, welcher einen Ausgang
umfasst, der mit einem Ausgangterminal 80 verbunden ist.
Eine schmelzbare Verbindung 82 ist zwischen dem Transistor 68 und
dem Knoten 76 verkoppelt. Wie in der Ausführungsform
von 4 kann ein ausreichend hoher Eingangsspannungspegel
am Eingangsterminal 74 angelegt werden, um die schmelzbare
Verbindung 82 zu einem offenen Zustand zu zwingen.
-
7 stellt
eine Schaltung mit einem einstellbaren, temperaturgesteuerten Oszillator
(TCO) gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Die TCO-Schaltung 90 ist jeweils mit einer
ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften schmelzbaren Verbindungsschaltung 93, 94, 96, 98 und 100 verbunden. Jede
der schmelzbaren Verbindungsschaltungen wird als eine der vorher
beschriebenen schmelzbaren Verbindungsschaltungen, wie in 3, 5 und 6 ausgeführt. Ein
einziger zugänglicher Test-Eingangsterminal 102, 104, 106, 108 und 110 ist jeweils
mit jeder der assoziierten schmelzbaren Verbindungsschaltungen gekoppelt.
Jeder der Test-Eingangsterminals ist mit einem der Eingangsterminals der
schmelzbaren Verbindungsschaltung gekoppelt, beispielsweise dem
Eingangsterminal 54 der 3. Jede
der schmelzbaren Verbindungsschaltungen umfasst einen Ausgangsterminal 58,
wie vorher beschrieben, der mit dem Gate-Anschluss eines assoziierten
MOS-Transistors 112, 114, 116, 118 und 120 jeweils
gekoppelt. Jeder der MOS-Transistoren 112, 114, 116, 118 und 120 ist
jeweils mit einem assoziierten Kondensator 122, 124, 126, 128 und 130 gekoppelt.
Diese fünf
Kondensatoren sind auch mit einem Eingang 132 eines Schmitt-Triggers 134 gekoppelt. Ein
Ausgangssignal an einem Schmitt-Trigger-Ausgang 136 wird,
zumindest teilweise, durch den vorhandenen oder nicht vorhandenen
Zustand jedes der Kondensatoren 122, 124, 126, 128 und 130 bestimmt,
wobei deren Zustand von dem simulierten oder tatsächlichen
Zustand der schmelzbaren Verbindungsschaltung jeder der jeweiligen
assoziierten schmelzbaren Verbindungsschaltungen 92, 94, 96, 98 und 100 bestimmt
wird.
-
Wie
vorher in Bezug auf die schmelzbaren Verbindungsschaltungen von 3, 5 und 9 beschrieben,
kann deren Ausgang durch entweder das Anlegen eines Eingangssignals
am Eingang zur Simulierung einer schmelzbaren Verbindung, die entweder
zu einem offenen Zustand gezwungen wird oder intakt ist, oder durch
das Anlegen eines Spannungspegels an den jeweiligen Eingängen, wie
vorher beschrieben, permanent gesetzt werden kann.
-
Die
TCO-Schaltung wird gemäß einem
vorbestimmten Referenzwert, der mit einem Ausgangssignal am Ausgang 140 verglichen
wird, eingestellt. Die TCO-Schaltung umfasst einen ersten ermittelten Temperaturwiderstand 142,
der zwischen einer Spannungsversorgung Vcc und
dem Eingang 132 des Schmitt-Triggers 134 gekoppelt
ist, und einen zweiten ermittelten Widerstand 144, der
mit dem Eingang 164 eines zweiten Schmitt-Triggers 148 gekoppelt ist,
der ein Ausgangssignal vom Ausgang 136 über den NOT-Gate-Anschluss 147 und den
Transistor 149 empfängt.
Der zweite Schmitt-Trigger 148 umfasst in dieser Ausführungsform
einen Kondensator 150, der zwischen dem Eingang 146 und
der Erde gekoppelt ist, und einen NMOS-Transistor 152,
der auch zwischen dem Eingang 146 und der Erde gekoppelt
ist. Eine Teiler-Schaltung 154 umfasst einen Ausgang 156,
der mit einem NMOS-Transistor 158 gekoppelt ist, der verwendet
wird, um die Frequenz am Ausgang 140 durch Teilen mittels
den dargestellten NOR-Gattern der internen Schaltungsfrequenz durch
2 festzulegen, einen Invertierer und einen Zähler, auch als Flip-Flop oder
Dezimal 2-Zähler
bekannt.
-
Obwohl
die Schaltung 90 ausgelegt wird, um ein Signal am Ausgang 140 zu
generieren, das eine vorbestimmte Frequenz umfasst, die auf die
ermittelten Temperaturen hinweist, muss der Ausgang 140 aufgrund
von Abweichungen während
der Herstellung von integrierten Schaltungen ermittelt und, wenn nötig, in
Bezug auf das vorbestimmte Referenzsignal, eingestellt werden. Folglich
kann der Ausgang 140, wenn nötig, durch das gleichzeitige
Anlegen von fünf
Eingangssignalen an den Eingängen
der schmelzbaren Verbindungsschaltungen und dann das Ändern des
logischen Zustands jedes der Eingänge, so dass eine Reihe von
Ausgängen
generiert werden kann, die dann mit dem vorbestimmten Wert am Ausgang 140 verglichen
werden, eingestellt werden.
-
Wie
in 8 dargestellt, fängt ein Flussdiagramm zum Bestimmen
der Betriebskennlinie einer Schaltung mit schmelzbaren Verbindungen
mit dem Bestimmen eines erwünschten Ausgangssignals
im Schritt 160 an. Im Schritt 162 werden ein oder
mehrere Eingangssignale an die schmelzbare Verbindungsschaltung
angelegt, wobei die schmelzbare Verbindungsschaltung, wie beschrieben,
jede der schmelzbaren Verbindungsschaltungen 92, 94, 96, 98 und 100 umfassen
kann. Wenn beispielsweise kein Signal oder ein Signal mit niedrigem
Pegel am Eingang 102 angelegt würde, wäre dann der Ausgang an der
schmelzbaren Verbindungsschaltung 92 ein logischer "0"-Ausgangspegel, da der Transistor 48 in 3 aufgrund
des ausgelegten Verhältnisses zwischen
den zwei Transistoren stärker
als der Transistor 60 in 3 leitet.
Der Transistor 112 wird dann ausgeschaltet und der Kondensator 122 ist
in der Eingangsschaltung des Schmitt-Triggers 134 elektrisch
abwesend. Wenn das Eingangssignal am Eingang 102 aber ausreichend
hoch ist, ist der Zustand des Transistors 48 in 3 dann
unbedeutend, da das vorrangige Eingangssignal den Ausgang zu einem
logischen "1" setzt, wodurch der
Transistor 112 eingeschaltet wird. Der Kondensator 122 ist
in der Eingangsschaltung des Schmitt-Triggers 134 elektrisch anwesend.
-
Da
die Ausgänge
jeder der schmelzbaren Verbindungsschaltungen durch das Anlegen
von Eingängen
simuliert werden können,
wird ein Signal an jedem der Eingänge angelegt und ein Ausgangssignal
wird am Ausgang 140, wie im Schritt 164 überprüft, generiert,
das mit dem erwünschten
Ausgangssignal im Schritt 166 verglichen wird. Wenn das
generierte Ausgangssignal dem erwünschten Ausgangssignal nicht
entspricht oder nicht damit übereinstimmt,
wird ein zweiter Satz von Eingangssignalen an jede der schmelzbaren
Verbindungsschaltungen angelegt, um ein neues Ausgangssignal im Schritt 168 zu
generieren. Der erste Satz von Eingangssignalen kann beispielsweise
keine Eingangssignale an jeder der schmelzbaren Verbindungsschaltungen
sein. Ein zweiter Satz von Eingangssignalen kann ein Signal mit
hohem Pegel umfassen, das nur an die schmelzbare Verbindungsschaltung 100 angelegt
wird. Somit wird ein unterschiedlicher Satz von Eingangssignalen
so festgelegt, dass die Anzahl von Kombinationen von Eingängen 2N gleich wäre, wobei N gleich die Anzahl
von Eingangsterminals ist, oder fünf, wie in der beschriebenen
Schaltung 90 der 7. Sobald
das generierte Ausgangssignal dem erwünschten Ausgangssignal entspricht, wie
im Schritt 166 bestimmt, werden geeignete Zwangssignale
an eine oder mehrere der schmelzbaren Verbindungsschaltungen angelegt,
um die schmelzbaren Verbindungsschaltungen zu programmieren, um
den erwünschten
Ausgangszustand im Schritt 170 permanent zu setzen. Wenn
es beispielsweise bestimmt wird, dass die schmelzbare Verbindungsschaltung 100 unter
den fünf
schmelzbaren Verbindungsschaltungen die einzige Schaltung ist, die
als eine in einen offenen Zustand gezwungene schmelzbare Verbindung
umfassend bestimmt wurde, wird dann ein ausreichend hohes Eingangssignal an
den Eingang 110 angelegt, um die schmelzbare Verbindungsschaltung
in einen offenen Zustand zu zwingen. Somit wird der Kondensator 130 in
die Eingangsschaltung des Schmitt-Triggers 134 gesetzt.
-
Aufgrund
von Abweichungen in den mehreren Schritten der Herstellung von thermischen
Tintenstrahl (TIJ) Heizer-Wafern, Abweichungen der natürlichen
Frequenz der temperaturgesteuerten Oszillatoren (TCO) von einem
Die zum anderen, einem Wafer zum anderen und einem Los zum anderen, sind
groß genug,
um eine Einstellung oder Kalibrierung dieser Schaltung zu verlangen.
Die Vielzahl von passend dimensionierten Kondensatoren, die jeder mit
einer "hunt and
blow"-Schaltung
verbunden sind, ermöglicht
eine fast lineare Einstellbarkeit der TCO-Periode. Eine Testvorrichtung
(beispielsweise während
Wafer-Untersuchung oder nach der Montage einer Druckkopfpatrone)
würde alle
2N-simulierten offenen/durchgebrannten
Kombinationen der Vielzahl von Eingängen durchgehen, um zur nächstgelegenen Übereinstimmung
mit dem Referenzstandard zu gelangen. Die assoziierten Zustände, die
der korrekten Ausgangs-TCO-Periode entsprechen, werden dann in den
Chip, wie vorher beschrieben, geschrieben.
-
Obwohl
die darin offenbarten Ausführungsformen
bevorzugt sind, ist es von dieser Lehre zu erkennen, dass unterschiedliche
alternative Änderungen,
Variationen oder Verbesserungen von einem Fachmann ausgeführt werden
können.
Die in der 1 gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung zeigen z.B. einen Druckkopf 12, der eine
Schaltung umfasst, die verwendet wird, um die auf dem Substrat des
Druckkopfes gebildete Temperatur ermittelnde Funktion (Oszillator 20,
Zähler 22,
Lese/Steuerung 26 und Synchronisierer 24) zu implementieren. Die
Suche und Impulsgenerationsanpassung werden mittels der Schaltung
in der Steuereinheit 10 ausgeführt. 8 zeigt
einen Druckkopf 12, der so geändert wurde, dass alle oben
beschriebenen Funktionen auf einem einzigen integrierten Schaltungschip 170 auf
dem Druckkopf gebildet werden: beispielsweise umfasst der Chip 171 die
Datenkonvertierung 172, den Oszillator 20, die
schmelzbare Verbindungsschaltung 30, den Zähler 12,
den Synchronisierer 24, die Lese/Steuerung 26 und
den ROM 14. Eine totale Integration der Temperatur ermittelnden Funktion
wird somit ermöglicht.
Teile der Schaltungen und Sub-Schaltungen können auch auf entweder der
Steuereinheit (10) oder dem Druckkopf (12) oder auf
den beiden angeordnet werden.
-
Obwohl
diese Erfindung in Bezug auf eine spezifische Ausführungsform
beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Änderungen
und Variationen dem Fachmann zugänglich
sind. Die vorliegende Erfindung ist z.B. nicht auf die gezeigten
Ausführungsformen
begrenzt, sondern ist auf jede schmelzbare Verbindungsschaltung
anwendbar, die zum Programmieren oder Festsetzen des Ausgangs einer
elektronischen Schaltung nützlich
ist. Darüber
hinaus, obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf thermische
Tintenstrahldruckköpfe
beschrieben wurde, ist sie nicht darauf begrenzt, da die vorliegende
Erfindung Anwendungen umfasst, die anders sind als der beschriebene
temperaturgesteuerte Oszillator. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht
auf eine Ausführungsform
einer integrierten Schaltung begrenzt, die die beschriebenen hergestellten
Transistoren umfasst, sondern kann andere Typen von elektrischen
Schaltungen umfassen. Es wird daher beabsichtigt, alle diese Alternativen
und Änderungen,
die von der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert, abgeleitet
werden können,
abzudecken.