專利名稱：體二極管正向?qū)ǖ姆乐沟闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及體二極管正向?qū)ǖ姆乐埂?
背景技術(shù)：
固體噴墨打印機(jī)通常具有控制被發(fā)送到致動器的電壓的打印頭驅(qū)動器或控制器芯片。致動器將接收到的電壓轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，該機(jī)械能將墨滴從孔隙(或“噴頭”)推出以在打印表面上形成圖像。致動器的控制對滴的尺寸和滴離開孔隙的速度進(jìn)行控制。制造的變化能影響墨滴的尺寸和速度。通常，打印頭在制造之后經(jīng)歷測試，以確定變化的質(zhì)和量。稱為“規(guī)范化”的過程調(diào)節(jié)向與每個噴頭對應(yīng)的每個致動器施加的電壓，以使噴頭排出在某一公差范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)速度的墨滴。通常，規(guī)范化過程采用作為驅(qū)動器芯片電路的一部分的，通常在輸出上的，至少一個晶體管。在用于形成晶體管的半導(dǎo)體層內(nèi)通常形成“體二極管”?！绑w二極管”通常由晶體管的源極/溝道與漏區(qū)之間的PN結(jié)組成，該晶體管通常是諸如MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體 FET)中的場效應(yīng)晶體管(FET)。體二極管形成寄生雙極結(jié)晶體管的基極和發(fā)射極端子。這些雙極結(jié)晶體管的集電極端子可以是芯片襯底。體二極管在用于致動電路的高壓脈沖的后沿期間導(dǎo)通電流。該電流引起到芯片襯底的寄生電流，在芯片內(nèi)產(chǎn)生不必要的功率耗散。較新的槽隔離硅片工藝，雖然有利于打印頭驅(qū)動器芯片制造，但在這些寄生雙極晶體管中具有甚至更高的增益，這導(dǎo)致了流向芯片襯底的更高的寄生電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于公開一種裝置，其包括輸出電路，其布置成接收電壓脈沖；體二極管，其與所述輸出電路關(guān)聯(lián)；以及檢測電路，其電耦合至所述電壓脈沖和所述輸出電路，使得當(dāng)所述電壓脈沖從高到低轉(zhuǎn)變時，所述檢測電路被構(gòu)造成激活所述輸出電路，以減小所述體二極管中的電流。優(yōu)選地，上述裝置還包括將低壓邏輯信號變換成高壓側(cè)邏輯信號的電平變換器。優(yōu)選地，上述裝置還包括構(gòu)造成在所述電壓脈沖從高到低的轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生信號的信號發(fā)生器。優(yōu)選地，上述裝置還包括鎖存器，其電耦合至所述輸出電路并構(gòu)造成維持所述輸出電路的激活，直到所述電壓脈沖轉(zhuǎn)變完成。優(yōu)選地，對于上述裝置，其中所述鎖存器包括交叉耦合的反相器/門對。優(yōu)選地，對于上述裝置，其中所述輸出電路包括場效應(yīng)晶體管。本發(fā)明的另一個目的在于公開一種控制集成電路中的寄生功率耗散的電路，其包括P溝道場效應(yīng)晶體管，其具有耦合至高壓信號源的源電極和耦合至負(fù)載的漏電極；體二極管，其與所述P溝道場效應(yīng)晶體管關(guān)聯(lián)，使得所述體二極管在來自所述高壓信號源的高壓脈沖的下降沿導(dǎo)通電流；以及檢測電路，其電耦合至所述P溝道場效應(yīng)晶體管，所述P溝道場效應(yīng)晶體管布置成當(dāng)所述體二極管導(dǎo)通電流時使所述P溝道場效應(yīng)晶體管接通，以便減小所述電流和降低由所述體二極管導(dǎo)通電流引起的寄生功率耗散。優(yōu)選地，對于上述電路，其中所述P溝道場效應(yīng)晶體管電耦合至所述高壓信號源， 使得所述P溝道場效應(yīng)晶體管在所述高壓脈沖的上升沿期間斷開。優(yōu)選地，對于上述電路，其中所述P溝道場效應(yīng)晶體管電耦合至在所述高壓脈沖的下降沿變成真的信號。優(yōu)選地，對于上述電路，其中所述P溝道場效應(yīng)晶體管電耦合至交叉耦合的反相器門，使得所述P溝道場效應(yīng)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，直到所述信號變成假。優(yōu)選地，對于上述電路，其中所述漏電極電耦合至交叉耦合的反相器門對，所述交叉耦合的反相器門對構(gòu)造成保持所述P溝道場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通，直到所述信號變成假。本發(fā)明的另一個目的在于公開一種設(shè)備，包括打印頭，其布置成通過噴射口的陣列將墨分送到打印表面上；打印驅(qū)動器電路，其電耦合至所述打印頭并構(gòu)造成提供電壓脈沖，以通過輸出電路致動所述噴射口；檢測電路，其電耦合至所述輸出電路，并布置成當(dāng)與所述輸出電路關(guān)聯(lián)的體二極管變成正向偏壓時從所述打印驅(qū)動器電路接收信號，和向所述輸出電路發(fā)送信號以接通所述輸出電路。優(yōu)選地，上述設(shè)備，還包括P溝道場效應(yīng)晶體管，其具有耦合至所述打印驅(qū)動器電路的源電極和耦合至負(fù)載的漏電極；以及所述體二極管布置成使得所述體二極管在來自所述打印驅(qū)動器電路的高壓脈沖的下降沿導(dǎo)通電流。


圖1示出打印系統(tǒng)的方框圖。圖2示出打印系統(tǒng)驅(qū)動器芯片的一個輸出的簡圖。圖3示出打印系統(tǒng)驅(qū)動器電流的一個輸出的實施例。圖4示出用于打印機(jī)驅(qū)動器電路的檢測電路更詳細(xì)的實施例。圖5示出用于產(chǎn)生在打印系統(tǒng)驅(qū)動器電路中所使用的下降信號的電路的實施例。
具體實施例方式圖1示出打印系統(tǒng)的簡化方框圖。打印系統(tǒng)10可由打印機(jī)、傳真機(jī)、多功能外圍設(shè)備(打印機(jī)/掃描儀/復(fù)印機(jī)/傳真機(jī)或它們的任一組合)或?qū)⒛珎鬏斨林T如紙張的打印表面的任何其他裝置組成。必須指出的是，電路和驅(qū)動器的討論在此集中于打印機(jī)，并且特別是噴墨打印機(jī)，但電路可應(yīng)用于具有高壓輸出電路的任何裝置，在該高壓輸出電路中，體二極管可能存在并導(dǎo)通真實的電流。噴墨打印機(jī)通常包括諸如18的噴射口(也被稱為噴嘴或噴頭的)的陣列，所述噴射口中的每個噴射口根據(jù)來自諸如16的控制器/驅(qū)動器的信號排出墨。打印頭通常從諸如14的墨源汲取打印頭的墨，所述墨源14可由液體墨組成、或者由熔化并變成液體的固體墨組成?？刹扇渭呻娐贰靶酒钡男问交蚩捎扇舾尚酒M成的控制模塊通過向與噴頭相關(guān)的致動器發(fā)送信號來確定哪些噴頭以什么間隔排出墨。用于發(fā)送那些信號的數(shù)據(jù)來自圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)諸如通過傳真機(jī)被電子地發(fā)送到打印機(jī)，或者來自計算裝置，或者來自通過諸如進(jìn)行復(fù)印的掃描的圖像獲取。信號通常由被發(fā)送到打印頭中的致動器的電壓脈沖組成。換能器將電信號轉(zhuǎn)化成使噴頭排出墨的某種形式的機(jī)械力。在有些墨噴頭中，換能器由電阻器組成，所述電阻器在它們接受電壓時變熱，使得氣泡圍繞它們形成。氣泡的膨脹將墨從噴頭推出。在另一示例中，換能器由壓電元件組成，所述壓電元件壓縮體室內(nèi)的墨，使得墨離開噴頭。由于通常的打印頭具有數(shù)百或者數(shù)千個噴頭，每個噴頭具有它們自己的換能器， 所以打印頭消耗相對高的功率量。導(dǎo)致功率損失的系統(tǒng)中的低效繼而導(dǎo)致較低效率、較高成本的打印系統(tǒng)。一個這樣的低效在于輸出晶體管中的體二極管。每個噴頭從驅(qū)動電路接收輸出信號，在驅(qū)動電路中晶體管控制輸出信號的傳輸?shù)?。每個晶體管均具有耗散功率的
體二極管。體二極管由用于制造輸出電路的半導(dǎo)體制造過程的副產(chǎn)物產(chǎn)生，該輸出電路用于激活換能器的電壓信號。通常，體二極管充當(dāng)具有由PN結(jié)形成的基極和發(fā)射極端子以及作為芯片襯底的集電極的雙極結(jié)晶體管。這些體二極管變成正向偏壓，實質(zhì)上將電流導(dǎo)通到芯片襯底中，使得芯片襯底吸收功率。這實質(zhì)上“浪費” 了功率，使裝置低效。在以下的討論中，輸出電路22采取P溝道場效應(yīng)晶體管(PFET)的形式，但對于該結(jié)構(gòu)沒有限制也不應(yīng)暗示任何限制。驅(qū)動電路可以相反的邏輯實現(xiàn)，導(dǎo)致NFET為輸出電路等。其他類型的晶體管對于體二極管也可以具有類似的效應(yīng)。圖2示出用于輔助實施例的理解的驅(qū)動電路20的簡化概念圖。VPP(V4)和 VSS(V5)是提供作為脈沖輸入的功率的高壓電源軌，其中VPP為正高壓電源，而VSS為負(fù)高壓電源。應(yīng)指出的是，如在此所使用的術(shù)語“高壓”指的是高于提供給邏輯電路的電壓電平的任何電壓電平。在該示意圖中，低壓邏輯源為Vdd(V3)。在一個實施例中，低壓的“高”邏輯輸出為2. 5V，而高壓輸出為50V。信號Vpp_Sel (Vl)和Vss_sel (V2)是到邏輯電路的低壓數(shù)字輸入。Vout是到打印頭元件、噴射口、噴嘴或噴頭的高壓輸出。對該電路的目的來說，電容器C5模擬噴頭負(fù)載。 PFET U26和NFET Ull形成輸出電路。在來自VPP的脈沖的上升沿期間，高壓側(cè)(high-side)輸出電路22在合適的時間斷開，以維持Vout上的期望的正電壓電平。在VPP脈沖隨后的下降沿期間，與PFET相關(guān)的體二極管變成有效的并開始導(dǎo)通電流。這使噴頭處的電壓Vout返回到0V。通常，由于變成正向偏壓并導(dǎo)通電流的體二極管將電壓拉到0，所以設(shè)計者依賴于變成正向偏壓并導(dǎo)通電流的體二極管。然而，控制體二極管導(dǎo)通的電流量變得對降低寄生功率耗散是重要的。如果體二極管導(dǎo)通太多的電流，則體二極管將浪費功率。通過重新接通高壓側(cè)輸出電路22，體二極管導(dǎo)通的電流量減少，緩和了寄生功率耗散。通常，不管由體二極管導(dǎo)通的電流中的下降，輸出電流都應(yīng)保持處于導(dǎo)通狀態(tài)。否則， 電流可下降到足以斷開輸出電路，啟動電路中的振蕩。在看了更加簡化的描述來輔助理解實施例后，討論現(xiàn)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動器電路的在圖3 中示出的更詳細(xì)的示意圖。圖3具有與高壓側(cè)電壓VPP相關(guān)的高壓側(cè)電路與低壓側(cè)電壓 VSS相關(guān)的低壓側(cè)電路。該討論將集中于在附圖的頂部處與VPP相關(guān)的高壓側(cè)電路，但為完整起見還闡述低壓側(cè)電路的實施例。在圖3的實施例中，Vpp電壓電平變換器30產(chǎn)生在此稱為p3_n的信號。Vpp電壓電平變換器將參考地(ground-referenced)輸入電壓V_in變換成可用于參考Vpp驅(qū)動邏輯電路的電壓。該變換器的輸出為信號P3_n。當(dāng)p3_n低時(例如，低于Vpp的2.5V)，其接通輸出電路/PFET22，當(dāng)p3_n變高時(例如，與Vpp相同的電壓)，PFET22斷開。當(dāng)p3_ η高時，信號ρ_οη_η變低以在Vpp脈沖的下降沿期間接通輸出PFET22，但只是在PFET22中的體二極管變成正向偏壓之后。正向偏壓檢測電路32檢測PFET22中的體二極管何時變成正向偏壓的，這將參考圖4更詳細(xì)地討論。正向偏壓檢測電路32響應(yīng)于體二極管的該正向偏壓產(chǎn)生信號ρ_οη_η， 并被由Vpp脈沖的下降沿產(chǎn)生的信號falling使能。圖5示出產(chǎn)生falling信號并且稍后將討論的電路的實施例。當(dāng)p_on_n和p3_n信號均為低時，邏輯門34產(chǎn)生信號p4。應(yīng)當(dāng)注意的是，在此示出的門是具有反相輸入的或門(與非門)，但可以許多其他的方式實現(xiàn)。信號P4通常將為 “邏輯電平”信號，其中PFET的驅(qū)動電壓需要顯著地較高。柵極驅(qū)動電平變換器36將邏輯高信號變換成合適的電壓，以作為例如低于Vpp的9V的信號pg驅(qū)動PFET22的柵極。該信號將使PFET接通。Ρ_οη_η信號將保持為低(真)，直到信號falling變?yōu)榈?假)為止。 這避免振蕩。當(dāng)PFET22接通時，其導(dǎo)通電流，以減小體二極管電流并繼而減小到芯片襯底的寄生電流。圖4示出正向偏壓檢測電路32更詳細(xì)的視圖。如上所述，信號falling使能檢測電路。當(dāng)falling變?yōu)楦呋蛘鏁r，Vpp具有下降沿。當(dāng)Vpp降到低于圖4中的PFET22的輸出(漏極)電壓時，結(jié)點Pe和pd將稍高于Vpp。如果信號falling還為真，則結(jié)點fn將為低，并且結(jié)點Pf將升到高于Vpp。PFET U87的柵極上的偏壓vppOa在近似低于Vpp的一個PFET閾值電壓處保持恒定。因此，當(dāng)U87的漏極上的結(jié)點pf升到高于Vpp時，將拉高結(jié)點pb。當(dāng)結(jié)點pb克服NFET U66的反偏電流時，結(jié)點pb變?yōu)楦?。這將結(jié)Ap_on_n拉低，以接通輸出PFET22。通過反相器U71/U89交叉耦合對于p_on_n和pb的U77/U78和U76/U75的與非門，以保持p_on_n為低，直到使能信號falling變?yōu)榈?假)為止。該交叉耦合的門/反相器對用作鎖存器，以將輸出PFET22的狀態(tài)穩(wěn)定為導(dǎo)通 (ON)。否則，接通PFET22的行為可能將體二極管電流減小至足以使PFET斷開(OFF)。一旦 PFET斷開，正向偏壓的體二極管可使PFET重新接通，以啟動振蕩序列?？傊?dāng)相關(guān)的體二極管變成或?qū)⒁兂烧蚱珘簳r，電路接通高壓側(cè)VPP輸出電路。當(dāng)輸出電路的輸出上的電壓、在該情況下為PFET22的漏極上的電壓，升到高于
6PFET22的源極上的VPP電源電壓時，出現(xiàn)正向偏壓。輸出電路僅在VPP的下降沿期間再次接通，以避免由VPP或噴頭輸出上的偏移電壓或小的噪聲信號引起的無意的接通事件。一旦輸出電路再次接通，電路還避免由體二極管電流的減小引起的振蕩。如上所述，信號falling使能圖3和4的檢測電路38。圖5示出產(chǎn)生這樣的信號的電路50的一個實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以注意到的是，許多不同類型的電路可產(chǎn)生 falling信號，其中，電路50是示例。通常，電路50包括諸如52的偏壓源、檢測Vpp的下降沿的檢測電路M、和當(dāng)Vpp接近負(fù)的高壓軌Vss時禁止falling信號的禁止電路56。信號falling在由檢測電路M檢測的VPP脈沖的下降沿期間必須為真。在該實施例中的檢測電路M在VPP脈沖的下降沿使信號變?yōu)檎?。?dāng)Vpp下降某一預(yù)定容限時，諸如-1或-2伏，并且該下降持續(xù)諸如30納秒的至少某一預(yù)定最短時間，則電路檢測到下降沿。該電壓容限和最短時間防止由Vpp上的瞬間尖峰或過沖引起的信號falling的無意觸發(fā)。禁止電路56用于當(dāng)VPP的電平接近Vss的電平時禁止falling信號。在該示例中，當(dāng)VPP到達(dá)高于Vss的3V時禁止fal 1 ing信號。這確保在圖3的電路中，在輸出NFET46 接通之前，輸出PFET22斷開。PFET和NFET均導(dǎo)通的狀態(tài)稱為“跨導(dǎo)(cross conduction)”、 一種必須避免以防止電路損壞的狀態(tài)。暫時回到圖3，能看到的是，接通輸出驅(qū)動PFET22的pg信號還接通較小的 PFET38。PFET38與NFET21、電阻器Rl和反相器Al 一起產(chǎn)生信號cc_n，該信號cc_n在出現(xiàn)跨導(dǎo)的情況下為真(低)。如果PFET22和NFET46同時導(dǎo)通，則將出現(xiàn)跨導(dǎo)。門44接收作為一個輸入的跨導(dǎo)信號和作為另一輸入的低真上電復(fù)位信號por_n。這確保在PFET22接通的同時NFET46不接通。上電復(fù)位信號(power-on reset signal)還確保當(dāng)電路初始上電時，NFET斷開，同樣避免跨導(dǎo)。在圖5中，當(dāng)Vpp具有高于Vss某一安全容限的值時，禁止電路的輸出為信號fe。 在一個實施例中，當(dāng)Vpp在Vss的3伏的范圍內(nèi)時，禁止電路56禁止falling信號。所提供的實際容限將取決于實際電路實現(xiàn)的操作電壓。作為示例可以是施密特觸發(fā)器輸出緩沖器的緩沖器58提供輸出信號falling的穩(wěn)定。圖5的示例僅提供信號生成電路的一個實施例，其在Vpp具有下降沿時產(chǎn)生信號。 可能有這樣的電路的許多其他的實現(xiàn)。可靠地產(chǎn)生這樣的信號并避免跨導(dǎo)的任何這樣的電路在這里的實施例的范圍之內(nèi)。按照這種方法，檢測輸出PFET上的體二極管的正向偏壓。然后，檢測使得輸出 PFET接通，以減小體二極管電流并減小到芯片襯底的寄生電流，從而減少浪費的功率。檢測通過全局信號fal 1 ing被使能和禁止，并且鎖存檢測的狀態(tài)以防止振蕩。應(yīng)意識到的是，多種以上公開的及其他的特征和功能、或它們的替代可合乎需要地被結(jié)合到許多其他不同的系統(tǒng)或應(yīng)用中。此外，可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在之后作出各種目前未預(yù)見到的或者不曾預(yù)料到的替代、變型、變體或改進(jìn)，這些替代、變型、變體或改進(jìn)也被所附權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括輸出電路，其布置成接收電壓脈沖； 體二極管，其與所述輸出電路關(guān)聯(lián)；以及檢測電路，其電耦合至所述電壓脈沖和所述輸出電路，使得當(dāng)所述電壓脈沖從高到低轉(zhuǎn)變時，所述檢測電路被構(gòu)造成激活所述輸出電路，以減小所述體二極管中的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括將低壓邏輯信號變換成高壓側(cè)邏輯信號的電平變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括構(gòu)造成在所述電壓脈沖從高到低的轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生信號的信號發(fā)生器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括鎖存器，其電耦合至所述輸出電路并構(gòu)造成維持所述輸出電路的激活，直到所述電壓脈沖轉(zhuǎn)變完成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種裝置，該裝置具有輸出電路，其布置成接收電壓脈沖；體二極管，其與輸出電路關(guān)聯(lián)；以及檢測電路，其電耦合至電壓脈沖和輸出電路，使得當(dāng)電壓脈沖從高到低轉(zhuǎn)變時，檢測電路構(gòu)造成激活輸出電路，以減小體二極管中的電流。
文檔編號B41J2/045GK102328506SQ201110190129
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者D·L·克尼林 申請人:施樂公司