專利名稱：打印頭的可變驅動的制作方法
公開背景熱噴墨打印頭采用墨滴噴射器，它包括點火電阻器，以便在點火室中蒸發液體，從而通過分別與點火室關聯的噴嘴產生液滴噴射。有一種趨勢是增加打印頭上的點火室及關聯電阻器的數量，從而引起驅動點火電阻器的增加的復雜度。過去，通常采用多個驅動器向點火電阻器的不同組施加點火信號。給定驅動器一次僅對一個電阻器點火減少或防止因寄生效應而可能發生的能量變化誤差項，但是以增加的互連復雜度和性能為代價。由于這些及其它原因，需要本發明。
公開內容同時驅動打印頭的可變數量的點火電阻器的驅動器包括用于提供對可變數量的點火電阻器點火的驅動信號的驅動電路以及用于根據要同時點火的點火電阻器的可變數量來調節驅動信號的電壓或電流的幅度。
附圖簡介通過結合附圖閱讀以下詳細說明，本領域的技術人員易于理解本公開的特征和優點，附圖包括
圖1是簡化示意框圖，說明打印頭和打印頭控制器的根據本發明的一個實施例。圖2是簡化的打印頭電路。圖3是作為要點火的打印頭電阻器的數量的函數所施加的點火信號電壓的根據本發明的一個實施例的圖形說明。圖4是簡化示意圖，說明圖1的打印頭控制器電路的點火驅動器電路的根據本發明的一個實施例。圖5是作為時間的函數的示范點火脈沖的圖形說明。圖6是包括圖4的示范電路的偏移發生器的根據本發明的一個實施例的原理框圖。圖6A是示范偏移電壓的表。圖7是用于實現包括圖4的電路的偏移發生器的根據本發明的示范電路的原理圖。圖8是用于實現包括圖4的電路的柵極驅動和電平移位電路、dv/dt感測電路以及柵極驅動電路的功能的根據本發明的示范電路的電路原理圖。圖9是簡化示意框圖，說明打印頭和打印頭控制器的根據本發明的一個備選實施例。
公開的詳細說明在以下詳細說明以及附圖的若干圖中，相似的元件采用相似的參考標號來標識。打印頭點火配置的一個實施例以圖1中的簡化形式來說明。噴墨打印頭50具有一組點火電阻器60，它們被激勵而使液體、例如墨水的液滴從相應點火室通過相應噴嘴射出，如本領域已知的那樣。這個示范實施例中的打印頭50從打印頭控制100接收一組控制信號和一組點火脈沖。控制信號在點火周期中選擇要點火的特定電阻器，以及點火脈沖施加到被選擇要點火的電阻器。在這個示范實施例中，控制信號和點火脈沖由打印頭控制電路100提供。電路100接收標識連續點火周期的點火模式的打印數據。這個數據由控制邏輯110轉換為控制信號，控制信號被提供給打印頭，以及點火控制信號被提供給點火驅動電路130。打印數據還被施加到電阻器求和電路或噴嘴計數器120。考慮多個點火驅動電路可用來驅動點火電阻器的通常稱作“基元”的相應子集。例如，點火驅動電路驅動的點火電阻器的各子集在一個實施例中可包括八個點火電阻器、在另一個實施例中包括十六個點火電阻器以及在又一個實施例中包括六十四個點火電阻器。給定控制電路100的點火驅動電路的具體數量將取決于具體打印頭、即打印頭上的點火電阻器的數量以及其它應用特定參數。各點火電路具有關聯電阻器求和或計數器電路，以便確定在點火周期中具體子集中要點火的電阻器的數量。電阻器求和電路120分析點火周期的打印數據，以便確定可由點火電路130驅動的電阻器中的多少電阻器將在此周期中被點火。在一個示范實施例中，電路120實現為逐位加法器。電路120產生信號DSUM，它的值表示電阻器的那個數量。例如，如果可由點火電路130驅動的電阻器的數量為八，則DSUM信號值可表明對于給定的點火周期從0個電阻器到最多8個電阻器。下表描述一個實施例的示范輸出，其中基元大小為八個噴嘴。
DSUM輸出解碼 示范點火電路130接收來自控制邏輯110的點火控制信號以及來自電阻器求和120的DSUM信號，并且在點火周期中產生點火脈沖，其電壓幅度取決于點火數據，并且具體作為DSUM信號的函數而變化。在示范實施例中，點火脈沖電壓的幅度與此周期中要點火的電阻器的數量成正比，以及具體地隨著要點火的電阻器數量增加而單調增加。考慮圖2所示的簡化示范打印頭電路模型。打印頭點火電壓V點火通過寄生電阻64、即共模誤差電阻Rc施加到打印頭點火電阻器60-1...60-n。點火電阻器中的每個與FET開關串聯，FET開關的電阻表示為相應電阻62-1...62-n。FET開關的狀態由施加到打印頭的打印頭控制信號來控制。共模誤差電阻對于點火電阻和FET電阻的并聯組合用作分壓器。施加到各點火FET電阻器引腳的電壓V噴嘴根據被點火的噴嘴數量而改變，使送往各被點火噴嘴的電流I1...In以及因而使能量變化。這個變化是由于從共模電阻產生的分壓器作用引起的。為了補償能量的這個變化，點火電壓的幅度V點火根據給定點火周期中被點火的噴嘴數量而變化。圖3以圖解方式說明對于示范實施例作為被點火噴嘴數量的函數的這種變化。V點火隨著被點火的噴嘴數量增加而單調增加，使得施加到各噴嘴的電壓V噴嘴實質上保持恒定。VP為點火驅動電路的電源電壓，并且也是恒定的。在另一個實施例中，可根據給定點火周期中被點火的噴嘴數量來控制電阻器驅動信號的電流特性，而不是如上所述的電壓特性。在這種備選實施例中，電流I點火的幅度隨著此周期中同時被點火的噴嘴數量增加而增加。點火驅動電路130的一個實施例如圖4示意表示。在電路的輸出側是串聯連接在電壓節點VP與地之間的兩個FET晶體管132、134。點火電壓V點火在兩個FET之間的節點133上、在VP下的可變偏移電壓下產生。可變偏移電壓由偏移發生器140來設置，它根據值DSUM、即給定點火周期中要點火的電阻器數量來設置偏移電壓值CV。響應點火數據、值CV以及來自dv/dt感測電路160的信號，柵極驅動和電平移位電路150設置FET 132上的柵極驅動。響應點火控制信號和來自電路160的信號，柵極驅動電路170設置FET 134上的柵極驅動。通過設置高端FET 132上的適當驅動，柵極驅動電路150用于將點火電壓脈沖最大值設置為由偏移發生器140所設置的偏移電壓電平，以及還提供適當的脈沖接通整形。圖5說明示范點火電壓脈沖，其中柵極驅動電路150設置斜坡一直到由偏移發生器所設置的電壓。dV/dt感測電路160用于控制上斜坡特性，以及通過柵極驅動電路170和FET 134，響應來自電路110(圖1)的點火控制信號而在脈沖結束時下拉節點133上的電壓。因此，電路160在點火脈沖結束時設置下斜坡斜率。圖6是可編程偏移發生器140的原理框圖。存在由固定偏移140A提供的固定偏移電壓以及由可變偏移140B提供的取決于DSUM的數據可變偏移電壓(DSUM偏移)。圖6A表示對于點火驅動電路對多達八個噴嘴點火的情況的從VP的示范偏移電壓的表，其中，偏移電壓四舍五入到最接近的0.1伏特。對于這個實例，固定偏移為1.0伏特。在這個實施例中，偏移發生器140的輸出為電壓值CV＝VP-固定偏移電壓-DSUM偏移電壓。圖7是用于實現偏移發生器140的示范電路的原理圖。或者可采用其它電路配置。圖7的電路實現數模轉換功能，從而將數字值(DSUM)轉換為相應電壓。電路140包括串聯連接在電壓VP與地之間的電阻器140-1和FET 140-2。電流鏡像電路包括溫度穩定參考電壓VREF，其中電阻器140-3和FET 140-4串聯連接在參考電壓與地之間。參考電流驅動晶體管140-2、140-5、140-6、140-7和140-8的柵極。FET 140-5至140-8的結的大小不同，其中晶體管140-5具有大小x，140-6具有大小2x，140-7具有大小4x，以及140-8具有大小8x。因此，晶體管140-6在導通狀態傳導140-5兩倍的電流，晶體管140-7在導通狀態傳導140-5四倍的電流，以及晶體管140-8在導通狀態傳導140-5八倍的電流。電路140的輸出在節點140-20上取出。晶體管140-5至140-8的每個通過相應的晶體管開關140-9至140-12連接在地與節點140-20之間。各晶體管開關的柵極通過解碼器140-13的輸出來驅動，解碼器140-13在由使能信號(ENABLE_CV_ADJ)啟用時將DSUM解碼為在輸出140-14至140-17處相應的導通或截止狀態。解碼器輸出根據DSUM的值來接通開關140-9至140-12中所選的一些，它們又通過相應FET 140-5至140-8將節點140-20連接到電流鏡像電路。這將增加通過電阻器140-1汲取的電流以及相應的偏移電壓CV。圖8是用于實現圖4的柵極驅動和電平移位電路150、dv/dt感測電路160以及柵極驅動電路170的功能的示范電路180的電路原理圖。在這個電路配置中，晶體管Q1和Q2經過連接，以便將偏移電壓CV傳送到驅動器運算放大器O1的輸入端。電容器C1和電流I1控制點火脈沖的上升沿dV/dt。電流I3和電容器C2控制下降沿dV/dt。放大器O1主動控制FET 132的柵極以傳遞預期輸出電壓(CV)和dV/dt特性。FET Q3響應點火數據而接通/斷開高態驅動器132。FET Q4響應點火數據而接通/斷開低端驅動器134。或者也可采用其它電路配置。在另一個實施例中，點火脈沖的脈沖寬度取決于如US5677577所述的被點火噴嘴數量以及點火電壓V點火的幅度。圖9說明采用可變脈沖寬度和可變電壓的點火脈沖來驅動打印頭的打印頭控制100’的一個實施例。在這種情況中，控制邏輯110’響應打印數據，產生發起打印頭點火周期開始的“觸發點火”信號以及打印頭的控制信號。如打印頭控制100(圖1)的實施例中那樣，打印數據也被施加到電阻器求和電路120。電阻器求和電路120分析點火周期的打印數據，以便確定可由點火電路130驅動的電阻器中的多少電阻器將在此周期中被點火。打印頭控制100’還包括脈沖寬度調節電路功能112以及點火定時器電路114。脈沖寬度調節電路112將DSUM信號轉換為點火脈沖寬度信號，它確定要由點火驅動電路130提供給打印頭的點火脈沖的寬度。電路112在一個示范實施例中可提供查找表轉換功能，因而DSUM信號值提供相應點火脈沖寬度值的地址。一般來說，越多電阻器在給定點火周期中被點火，則脈沖寬度越長。點火定時器電路114響應觸發點火信號和點火脈沖寬度信號，以便對點火驅動電路130產生點火控制信號。因此，點火脈沖的開始由控制邏輯110’來觸發，以及脈沖的長度由點火定時器114來設置。在一個示范實施例中，點火定時器電路114可包括狀態機，但是也可采用其它實現。示范點火電路130接收來自控制邏輯110的觸發點火信號以及來自電阻器求和120的DSUM信號，并且在點火周期中產生點火脈沖，其電壓幅度和脈沖寬度取決于點火數據，具體作為DSUM信號的函數而變化。在示范實施例中，點火脈沖電壓的幅度與此周期中要點火的電阻器的數量成正比，具體隨著要點火的電阻器數量增加而單調增加。脈沖寬度隨著要點火的電阻器數量增加而單調增加。圖9的實施例允許可變點火電壓的幅度和脈沖寬度最大值的靈活性。通過在一個示范實施例中采用兩種變量，與僅采用可變脈沖寬度或點火電壓的實施例相比，最大點火電壓和脈沖寬度可減小。雖然以上所述是本發明的具體實施例的描述和說明，但是，本領域的技術人員可對它們進行各種修改和變更，而沒有背離以下權利要求所規定的本發明的范圍和實質。
權利要求
1.一種用于同時驅動打印頭的可變數量的點火電阻器的驅動器電路，所述驅動器電路包括驅動電路，用于提供點火脈沖，以便對可變數量的點火電阻器點火；用于根據要同時點火的點火電阻器的可變數量來調節所述驅動信號的電壓或電流的幅度的電路。
2.如權利要求1所述的驅動器電路，其特征在于，所述驅動電路為電壓源，以及所述電路調節所述驅動信號的電壓幅度。
3.如權利要求2所述的驅動器電路，其特征在于，所述電路根據同時被點火的點火電阻器的所述可變數量來調節電壓幅度。
4.如權利要求3所述的驅動器電路，其特征在于，所述電路對于更大的可變數量提供增加的電壓幅度。
5.如權利要求2所述的驅動器電路，其特征在于，所述驅動電路提供預定幅度的電壓，以及所述電路根據點火電阻器的所述可變數量來施加偏移電壓。
6.如權利要求5所述的驅動器電路，其特征在于，所述偏移電壓與點火電阻器的可變數量成反比。
7.如權利要求2所述的驅動器電路，其特征在于，所述偏移電壓是點火電阻器的所述可變數量的單調增加函數。
8.在一種打印頭控制設備中，包括用于向一組并聯連接的點火電阻器負載提供能量脈沖的驅動器電路，每個負載具有將負載連接到驅動器電路的開關，使得可變數量的負載可同時連接到驅動器電路，以便在脈沖周期中接收能量脈沖，一種用于在單個負載中保持標稱恒定能量的方法，所述方法包括確定在脈沖周期中要同時連接到能量源的負載的可變數量；根據可變數量來調節能量脈沖的電壓幅度或電流幅度，使得電壓幅度或電流幅度隨可變數量增加而增加，以便保持施加到負載的標稱恒定能量，而與可變數量無關。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括根據可變數量來調節能量脈沖的脈沖寬度，使得脈沖寬度隨可變數量增加而增加。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述能量源為電壓源，用于提供具有恒定源電壓幅度的電源電壓，以及其中所述調節電壓幅度包括將電壓偏移施加到所述恒定源電壓幅度，以及其中所述電壓偏移的值與可變數量成反比。
11.一種用于驅動具有一組點火電阻器的噴墨打印頭的方法，各點火電阻器響應用于從相應噴嘴噴射墨水的點火脈沖，所述點火電阻器并聯連接，存在與所述點火電阻器組實際上串聯連接的寄生電阻，各電阻器具有關聯開關，用于將電阻器連接到驅動器電路，使得可變數量的電阻器可同時連接到驅動器電路，以便在脈沖周期中接收能量脈沖，所述方法包括確定在脈沖周期中要同時連接到能量源的負載的可變數量；根據可變數量來調節能量脈沖的電壓幅度，使得電壓幅度隨可變數量增加而增加，以便保持施加到負載的標稱恒定電壓，而與可變數量無關。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述驅動器電路包括電壓源，用于提供具有恒定源電壓幅度的電源電壓，以及其中所述調節電壓幅度包括將電壓偏移施加到所述電源電壓，以及其中所述電壓偏移的值與可變數量成反比。
13.一種用于為打印頭中的關聯噴嘴同時對可變數量的點火電阻器點火的驅動器電路，所述驅動器電路包括能量源，用于提供電力以對所述點火電阻器點火；噴嘴計數器，用于確定其電阻器要在給定點火周期中被點火的可變數量的噴嘴的噴嘴計數；可編程偏移發生器，用于根據所述噴嘴計數產生輸出控制電壓或電流；驅動電路，其輸出連接到用于與打印頭連接的電路輸出端子，所述驅動電路用于根據所述輸出控制電壓或電流有選擇地將可變電壓或電流從所述能量源施加到電路輸出。
14.如權利要求13所述的電路，其特征在于，所述能量源為電壓源，以及所述可編程偏移發生器產生取決于所述噴嘴值的幅度的輸出控制電壓。
15.如權利要求14所述的電路，其特征在于，所述輸出控制電壓值與點火電阻器的可變數量成正比。
16.一種用于為打印頭中的關聯噴嘴同時驅動可變數量的點火電阻器的驅動器電路，所述驅動器電路包括電壓源，用于提供電力以對所述點火電阻器點火；噴嘴計數器，用于確定其電阻器要在給定點火周期中被點火的可變數量的噴嘴的噴嘴計數；可編程偏移發生器，用于根據所述噴嘴計數產生輸出控制電壓；高端驅動電路，其輸出連接到用于與打印頭連接的電路輸出端子，所述高端驅動電路用于根據所述輸出控制電壓或電流有選擇地將具有可編程幅度的點火脈沖施加到電路輸出。
17.如權利要求16所述的電路，其特征在于，所述輸出控制電壓值與點火電阻器的可變數量成正比。
全文摘要
同時驅動打印頭的可變數量的點火電阻器的驅動器，包括用于提供對可變數量的點火電阻器點火的驅動信號的驅動電路以及用于根據要同時點火的點火電阻器的可變數量來調節驅動信號的電壓或電流幅度的電路。
文檔編號B41J2/05GK1856404SQ200480027289
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月13日 優先權日2003年9月24日
發明者W·S·伊頓 申請人:惠普開發有限公司