打印头高侧开关控制装置的制作方法

打印头高侧开关控制装置


背景技术：

1.打印机用于将图像打印到打印介质上。打印机可以使用不同类型的打印流体和/或材料来打印图像。例如，一些打印机可以使用墨水、调色剂等。打印作业可以被发送到打印机，并且打印机可以根据打印作业在打印介质上分配打印流体和/或材料。
附图说明
2.图1是配置有本公开的高侧开关(hss)控制装置（control）的一个示例的打印机的框图；图2是由本公开的hss控制装置控制的一个示例性喷嘴室的框图；图3是本公开的一个示例性hss控制装置的框图；图4是本公开的一个示例性hss控制装置的电路图；以及图5示出使用本公开的hss控制装置来激活热喷墨电阻器的一种示例性方法的流程图。
具体实施方式
3.本文描述的示例提供了用于打印头的高侧开关(hss)控制装置。如上所述，打印机可以使用各种类型的系统和打印流体来将图像打印到打印介质上。一个示例可以是使用热喷墨(tij)打印头的tij打印机。然而，本公开可以应用于二维打印机以及三维打印机。
4.tij打印头可以包括喷嘴室，该喷嘴室包括当被激励时能够产生热量的tij电阻器。从tij电阻器产生的热量可加热打印流体以在喷嘴室内部产生蒸汽泡，该蒸汽泡将打印流体的液滴推出喷嘴室。
5.不同类型的控制装置可以用于控制tij电阻器的激活。控制装置的示例可以包括低侧开关(lss)控制装置和高侧开关(hss)控制装置。就分配给用于控制lss的电路和lss本身的硅面积的量而言，lss可以提供较低的相对成本。然而，在一些情况下，lss可能不提供针对电源电压变化的能量调节，可能具有因接地的墨水和电压输入处的电阻器之间的恒定偏置引起的减少的电阻器寿命，并且如果单个电阻器短路，则可能损害整个电阻器组的功能。
6.相反，hss可提供对lss控制装置的上述问题的解决方案。即，hss可提供能量调节、一些隔离以减小偏置，并且隔离如果电阻器短路的话对单个电阻器的损坏。然而，hss使用了场效应晶体管(fet)电平移位器，其可能会消耗更多的硅空间，并且因此其可能比lss的生产成本更高。例如，电平移位器可以消耗每喷嘴多达数千平方微米的硅面积。
7.此外，一些hss控制装置设计能够使用定制制造的晶体管或器件(例如，非工业标准器件)。这些定制器件难以在集成电路工业中使用标准电路制造工艺来有效地制造hss控制装置。
8.本公开提供一种用于hss控制装置的电路设计，其通过简化hss控制装置的电平移位器来减少所使用的硅的量。简化的电平移位器减少了电平移位器中的高电压p型金属氧
化物半导体(hvpmos)元件的数量。此外，本公开的hss控制装置消除了与箝位电路相关联的组件。可以包括箝位电路以保护易受影响的器件在故障或缺陷的情况下免受过电压事件影响。
9.此外，本公开的hss控制装置使用标准器件而不是定制器件。结果，建立hss控制装置的电路制造过程可能更可用并且更便宜。所使用的硅的总量减少，从而降低了生产本公开的hss控制装置的总成本。
10.图1示出了本公开的一个示例性打印机100。在一个示例中，打印机100可以是热喷墨打印机。打印机100已经被简化以示出用于将打印流体喷射到打印介质上的流体管芯（die）102的横截面。打印机100还可以包括未示出的附加组件，诸如与打印路径相关联的机械组件、馈送模块、修整模块、数字前端、纸盘、用于打印流体的储存器等。
11.在一个示例中，流体管芯102包括体硅（bulk silicon）基板104。电路层106可形成在该体硅基板104中和/或上。在一个示例中，本公开的高侧开关(hss)114可形成于电路层106上。hss控制装置114可被用于控制打印流体从流体管芯102的喷嘴112的喷射。每个喷嘴112可与相应的hss控制装置114相关联。换句话说，流体管芯102可包括多个hss控制装置114。本公开的hss控制装置114在图3和4中示出并且在下面进一步详细讨论。
12.在一个示例中，流体管芯102可包括墨槽108和流体层110。打印流体可以通过该墨槽移动到期望的喷嘴112以喷射到打印介质上。
13.图2示出了示例性喷嘴室200的横截面图。流体管芯102的每个喷嘴112可与喷嘴室200流体连通。在一个示例中，喷嘴室200可耦合到hss控制装置114。喷嘴室200的一部分可包括导电板206。该导电板206可以由导电金属(例如，钽)制成。该导电板206可与喷嘴室200中的其它组件电隔离。
14.在一个示例中，电阻器204可以位于与导电板206(也称为气穴板)相邻。在一个示例中，可以在电阻器204和导电板206之间生长氧化物层。当打印流体202被提供到喷嘴室200中时，电阻器204可以在被激活时生成热以形成蒸汽泡208。蒸汽泡208可以迫使打印流体202离开喷嘴112。
15.导电板206可以保护下面的结构而免受与在喷嘴室200中形成的和塌陷的蒸汽泡208相关联的力的影响。导电板206还可以防止打印流体202接触电阻器204和其他电绝缘层。如果打印流体202要接触电阻器204，则会形成短路，这可能会导致喷嘴室200发生故障。
16.在一个示例中，本公开的hss控制装置114可用于控制电阻器204的激活。如上所述，本公开的hss控制装置114提供了在体硅基板104中更小并且消耗更少的硅的电路设计。本公开的hss控制装置114的设计不包括电路箝位器和测试电路，其可消耗体硅基板104中的大量硅。最后，hss控制装置114的设计可使用不是定制构建的标准部件，因此与其它制造过程兼容。结果，可显著降低构建hss控制装置114和整个流体管芯102的成本。
17.图3示出了本公开的hss控制装置114的一个示例的框图。在一个示例中，hss控制装置114包括电源302。电源302可以是提供高电压的高电压电源。例如，高电压可以大约大于10伏。在一个示例中，高电压可以是大约30伏。
18.第一开关304可以经由第一电阻器308耦合到电源302。第一开关304可以是低电压开关，并且可以耦合到低电压控制块310。低电压控制块310可将低电压转换为具有0或1的数值的数字信号。在一个实施例中，低电压可在0-5伏特或0-3.3伏特之间。
19.在一个示例中，低电压开关可以是能够切换高电压(例如，30伏)但用低电压信号控制的开关。低电压信号可以是在0至5伏之间或0至3.3伏之间切换的信号。
20.在一个示例中，第二开关306可以是高电压开关并且可以耦合到电源302。第二电阻器204可以耦合到第二开关306。第二电阻器204可以是图2中所示的相同电阻器204，以生成热量并产生蒸汽泡208以将打印流体202从喷嘴112喷出。
21.在一个示例中，高电压开关可以是能够切换高电压(例如，30伏)的开关，但是是由在高电压和由低电压信号设置的电压阈值之间变化的控制信号控制。例如，如果高电压是30伏，并且低电压信号是大约3.3伏，则高电压开关可以由在30伏至大约27伏之间变化的控制信号来控制。
22.在一个示例中，第一电阻器308可以被称为上拉或下拉电阻器。上拉电阻器可以被部署有提供期望的电压阈值以操作第二开关306的电阻值。第一电阻器308也可以由限制电流而不显著延迟第二开关306的关断/接通时间的材料来确定尺寸和制造。在一个示例中，第一电阻器308可以在大约30至27伏之间切换第二开关306的控制引脚或栅极。
23.在一个示例中，第一开关304可以基于从低电压控制块310接收的低信号(例如，具有值0的数字信号)或高信号(例如，具有值1的数字信号)来控制第二开关306的操作。例如，当第二开关306两端的电压保持为高或30伏时，第二开关306可保持关断或去激活。当第二开关306关断时，没有电流可以流过第二电阻器204。
24.当相应的喷嘴室200要喷射打印流体202时，低电压控制块310可以发送高信号以激活第一开关304。当第一开关304被激活时，第一开关304可以允许电流流过第一电阻器308。流过第一电阻器308的电流可以将第二开关306的控制引脚或栅极上的电压从30伏下拉到27伏。在27伏，第二开关306可被激活。
25.当第二开关306被激活时，第二开关306可以将电源302耦合到第二电阻器204以允许电流流过第二电阻器204。流过第二电阻器204的电流可以对第二电阻器204供能，生成热量，并且使得喷嘴室200分配打印流体202。
26.在一个示例中，信号可以是基于从低电压电源提供的电压的数字信号。例如，0伏的电压可以与禁用信号或零信号相关联。3.3伏的电压可与使能信号或一信号相关联。
27.尽管在图3中示出了单个电源302，但是应当注意，可以部署多个电源302。例如，一个电源可以耦合到第一电阻器308，并且第二电源可以耦合到第二电阻器204。为了功率和热效率，单独的电源可被用于在电压调节的不同电平之间进行折衷。
28.图4示出了本公开的hss控制装置114的一个示例的电路图。在一个示例中，hss控制装置114包括电源402。电源402可以提供高电压。例如，高电压可以大约大于10伏。在一个示例中，高电压可以是大约30伏。
29.横向扩散金属氧化物半导体(ldmos)开关404可经由上拉电阻器408耦合到电源402。上拉电阻器408可耦合到ldmos开关404的漏极。ldmos开关404可以是n型低电压开关，并且可以耦合到低电压控制块410。低电压控制块410可以生成具有对应于低电压范围的值0或1的数字信号。在一个示例中，低电压范围可以在0-5伏或0-3.3伏之间。
30.在一个示例中，高电压p型金属氧化物半导体(hvpmos)开关406可以是高电压开关并且可以耦合到电源402。应当注意，与使用n型ldmos的其它高侧开关设计相比，本公开的hss控制装置114使用了hvpmos开关406。使用hvpmos开关406可以避免使用电平移位器来驱
动控制热电阻器204的栅极。
31.在一个示例中，热电阻器204可以耦合到hvpmos开关406。热电阻器204可以是图2中所示的相同电阻器204，以生成热量并产生蒸汽泡208以将打印流体202从喷嘴112喷出。热电阻器204也可以被称为热喷墨(tij)电阻器。
32.在一个示例中，上拉电阻器408(基于如何控制电压，也称为下拉电阻器408)可以部署有电阻值以提供期望的电压阈值来操作hvpmos开关406。上拉电阻器408也可以由限制电流而不显著延迟hvpmos开关406的断开/接通时间的材料来确定尺寸和制造。在一个示例中，上拉电阻器408可以在大约30至27伏之间切换hvpmos开关406的控制引脚或栅极。
33.在一个示例中，ldmos开关404可以基于从低电压控制块410接收的低信号(例如，具有值0的数字信号)或高信号(例如，具有值1的数字信号)来控制hvpmos开关406的操作。例如，当hvpmos开关406暴露于电源402的最大电压(例如，30伏特)时，hvpmos开关406可以保持关断或被去激活。当hvpmos开关406关断时，没有电流可以流过热电阻器204。
34.当相应的喷嘴室200要喷射打印流体202时，低电压控制块410可以发送高信号以激活ldmos开关404。当ldmos开关404激活时，ldmos开关404可以允许电流流过上拉电阻器408。流过上拉电阻器408的电流可以将hvpmos开关406的电压从电源402的最大电压上拉或下拉到等于最大电压减去由上拉电阻器408确定的电压阈值的电压。在一个示例中，最大电压可以是大约30伏，并且电压阈值可以是大约3伏。因此，27伏的电压就可使hvpmos开关406被激活。
35.当hvpmos开关406被激活时，hvpmos开关406可以将电源402耦合至热电阻器204，以允许电流流过热电阻器204。流经热电阻器204的电流可以对热电阻器204供能，生成热，并且使得喷嘴室200分配打印流体202。
36.尽管在图4中示出了单个电源402，但是应当注意，可以部署多个电源402。例如，电源可以耦合到上拉电阻器408，并且第二电源可以耦合到热电阻器204。为了功率和热效率，单独的电源可被用于在电压调节的不同电平之间进行折衷。
37.图3和图4中示出的hss控制装置114的设计使用非定制的现成组件，所述组件可使用诸如cmos集成电路工艺的其它电路制造工艺来获得。此外，本公开的hss控制装置114的设计减少了高电压开关(例如，hvpmos开关)的数量。高电压开关可能会消耗大量的硅，并且增加了高电压侧开关的成本。本公开的hss控制装置114使用了单个的高电压开关。
38.此外，hss控制装置的设计去除了箝位电路，箝位电路也可以消耗大量的硅并且制造昂贵。例如，控制热电阻器204的hvpmos开关406可以容忍栅极和漏极之间的高电压。结果，即使上拉电阻器408短路到接地，hvpmos开关406也能容忍hvpmos开关406的栅极和漏极之间的所得到的高电压。
39.此外，hss控制装置114的设计可去除测试电路，其也会消耗大量的硅。可以在使用或制造期间测试每个喷嘴112的喷嘴室200。测试可以使热电阻器204能够进行相对长的时间段(例如，测试期间的微秒对操作期间的纳秒)。当热电阻器204在长时间段内暴露于大电流时，热电阻器204可能会在测试期间被损坏或者可能失效。hvpmos开关406可以允许低电压下的小量电流通过到达热电阻器204，以防止热电阻器204在测试期间被损坏。因此，hss控制装置114的设计提供了比其它高侧开关更小、更便宜的设计。
40.图5示出了使用本公开的hss控制装置来激活热喷墨电阻器的一种示例性方法的
流程图。在一个示例中，方法500可以由图1中所示的打印机100的控制器或处理器来执行。
41.在框502处，方法500开始。在框504处，方法500接收从喷嘴室分配打印流体的信号。例如，可以激活打印机以将期望的图像打印到打印介质上。打印机可以确定打印介质上的位置以分配打印流体。打印流体可以经由流体管芯中的喷嘴室来分配。
42.在框506处，方法500将高信号发送到与喷嘴室相关联的高侧开关控制装置中的第一开关，其中，高信号激活第一开关以允许第一电流流过耦合到第一开关和电源的第一电阻器，其中，流过第一电阻器的第一电流使耦合到第一开关和电源的第二开关被激活以允许第二电流流过第二电阻器，所述第二电阻器将生成热以从喷嘴室分配打印流体。例如，打印机可以使低电压功率源生成与数字一信号或高信号相关联的低电压信号。
43.当第一开关被激活时，可以允许来自电源的电流流过第一电阻器。第一电阻器可以将第二开关的控制引脚或栅极两端的电压从最大电压下拉至该最大电压减去由第一电阻器设置的电压阈值的电压。在一个示例中，最大电压可以是大约30伏，电压阈值可以是大3伏，并且激活第二开关的电压可以是大约27伏。
44.当第二开关被激活时，可以允许电流从功率源流过第二开关，并流过第二电阻器或tij电阻器。流过第二电阻器的电流可以使第二电阻器生成热量。热量可以导致在喷嘴室内部形成蒸汽泡。蒸汽泡可以迫使打印流体通过喷嘴并且离开喷嘴室到打印介质上。
45.在一个示例中，可以接收停止打印流体从喷嘴室分配的信号。例如，可以针对打印作业在打印介质的特定位置处完成打印。
46.响应于停止分配打印流体的信号，打印机可以使低电压控制块将其输出改变为禁用状态。在禁用状态中，可以生成数字零信号或低信号。低信号可以使第一开关去激活，这可以防止来自电源的电流流过第一电阻器。当从第一电阻器移除电流时，第二开关两端的电压可以返回到最大电压以去激活第二开关。去激活第二开关可以停止来自电源的电流流过第二电阻器。结果，第二电阻器可以停止生成热量，这可以消除蒸汽泡的形成，并且防止打印流体从喷嘴室喷出。在框508处，方法500结束。
47.应当理解，上述公开的变型和其它特征和功能或其替代方案可以组合到许多其它不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以做出其中各种目前未预见或未预期的替代、修改、变化或改进，这些也意图被涵盖在所附权利要求中。