CN104476923A - 耗材芯片及耗材容器、耗材芯片存储单元的供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耗材芯片及耗材容器、耗材芯片存储单元的供电方法，该芯片具有基板，基板上设有通信单元以及与通信单元电连接的电子模块，电子模块具有存储单元及向存储单元供电的供电单元，供电单元设有第一电容及第二电容，第一电容的电容值小于第二电容的电容值，供电单元设有与第一电容并联的第一开关器件，第一开关器件在耗材芯片掉电且存储单元无读写操作时闭合，供电单元设有连接第一电容与第二电容的第二开关器件，第二开关器件在第二电容的电压值高于阈值且存储单元有读写操作时闭合。该耗材容器的壳体上设置有上述的墨盒芯片。耗材芯片存储单元供电方法是应用上述的电路实现对存储单元的供电。本发明能满足存储单元数据的转存要求。

Description

耗材芯片及耗材容器、耗材芯片存储单元的供电方法

技术领域

本发明涉及打印领域，尤其是涉及一种安装在打印耗材上的耗材芯片以及该芯片存储单元的供电方法、安装有这种耗材芯片的耗材容器。

背景技术

打印机作为常见的办公设备，为现代化办公提供了极大的方便。现有的打印机分为喷墨打印机以及激光打印机，喷墨打印机使用容纳有墨水的墨盒作为耗材容器向纸张喷射墨水，以在纸张上形成需要打印的文字或图案；激光打印机则使用容纳有碳粉的碳粉盒作为耗材容器在介质上形成需要打印的文字或图案。

参见图1，现有一种彩色喷墨打印机具有机壳11，图1所示的喷墨打印机省略了机壳11的托板。机壳11内设有喷墨打印机的机芯12，并设有一根滑杆，打印字车14在电机（图1中不可见）的带动下沿着滑杆往复运动。打印字车14内设有转接板（图1中不可见），转接板通过排线13与机芯12进行通信。

打印字车14上可拆卸地安装有多个墨盒15，不同墨盒15内容纳有不同颜色的墨水。墨盒15的结构如图2所示。墨盒15具有壳体16，壳体16围成容纳墨水的腔体，腔体的下端设有出墨口17，腔体内的墨水通过出墨口17流出，并向打印字车14的供墨针供墨。

墨盒15壳体16的外壁上安装有一块芯片18，芯片18具有基板，基板的一侧设有多个电触点19，用于与转接板电连接。基板的另一侧设有与电触点19电连接的电子模块（图2中不可见）。

参见图3，电子模块设有控制单元21、存储器22、接口单元25以及供电单元27，其中接口单元25用于与电触点19电连接，控制单元21通过接口单元25接收来自喷墨打印机的信息，并将需要发送给喷墨打印机的信息通过接口单元25发送出去。控制单元21包括模拟电路以及数字电路，模拟电路包括用于产生时钟信号的时钟电路、驱动电路等，数字电路包括单片机或者逻辑电路等。

存储器22包括非易失性存储器23及易失性存储器24，非易失性存储器23通常为EEPROM或者FLASH，其存储有与墨盒相关的信息，包括可变信息与不变信息，可变信息是随打印操作会不断变化的信息，如墨水余量、打印时长、打印纸张数量等信息，不变信息是不会随打印操作变化的信息，如墨盒型号、适用的喷墨打印机型号、墨水颜色等。易失性存储器24为SRAM等存储器，其读写速度较快，用于临时存储喷墨打印机向耗材芯片写入的数据。由于易失性存储器24掉电后，其存储的数据将会丢失，因此掉电时需要及时将其存储的数据转存至非易失性存储器23中。

供电单元27为电容或可充电电池等可充电且具有储电功能的器件，在喷墨打印机向芯片供电时，供电单元27储存电能，喷墨打印机停止向芯片供电后，供电单元27放电并向控制单元21、存储器22供电，此时，控制单元21将易失性存储器24临时存储的数据转存至非易失性存储器23中。

墨盒15安装到喷墨打印机的打印字车14后，喷墨打印机给芯片18上电，并读取存储在芯片18存储器内的数据，判断墨盒15型号是否合适、墨盒15内剩余墨水量是否充足等。只有判断墨盒15型号合适且墨盒15内有充足的墨水后，喷墨打印机才能执行打印工作。

由于现有的芯片在掉电时需要使用供电单元27提供的电能进行数据的转存，而且数据转存需要一定时间，在数据转存过程中，供电单元27输出的电压将不断降低，一旦电压过低，就无法保证易失性存储器24的工作，影响到转存数据的完整性，可能会发生数据丢失的情况。

为了提高存储器的数据读写速度，现有的一些墨盒芯片采用铁电存储器作为存储可变信息与不变信息，由于铁电存储器的数据读写速度高，且掉电后数据不会丢失，使用铁电存储器后，墨盒芯片无需设置EEPROM以及RAM等存储器。然而，由于铁电存储器生产成本高，使用铁电存储器作为存储器的墨盒芯片生产成本也相应较高。

因此，公告号为CN202782180U的中国实用新型专利公开了一种名为“耗材芯片及耗材容器”的发明创造，该耗材芯片设有两个电容，且两个电容的电容值不相同。喷墨打印机向墨盒芯片供电后，电容值较小的电容首先被充值，并向存储器供电，电容值较大的电容充电速度较慢。在喷墨打印机停止向墨盒芯片供电后，使用电容值较大的电容向存储器继续供电，以满足存储器数据转存的要求。

然而，由于供电电路上没有设置控制两个电容充放电的开关器件，导致两个电容的充放电不受控制，影响两个电容的充放电的时间，也就给存储器的供电带来确定因素。如喷墨打印机刚开始向墨盒芯片供电时，电容值较大的电容首先充电，往往影响电容值较小的电容的充电效率，导致存储器的工作电压过低而影响存储器的读写操作。

参见图4，现有碳粉盒具有壳体31，壳体31围成容纳碳粉的腔体，壳体的外壁上设有一个芯片安装位32，芯片33安装于芯片安装位32上。与墨盒的芯片类似，碳粉盒的芯片33也具有基板，基板上设有作为通信单元的电触点34，用于与激光打印机进行数据交换。并且，基板的另一侧设有与电触点34电连接的电子模块，电子模块上也设置接口单元、控制单元及非易失性存储器、易失性存储器、供电单元等，出于同样的原因，芯片33也会存在激光打印机停止供电后存储器的供电不足而影响数据转存操作的问题，影响激光打印机的打印操作。

此外，现有大多数复印机、传真机或一体机等成像设备上均可拆卸地安装有碳粉盒或碳粉筒作为耗材容器，耗材容器具有容纳碳粉的腔体，且在耗材容器的外壁上设置芯片，这些芯片也存在与墨盒的芯片相同的问题，即在供电单元向存储器供电电压不足的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种确保存储单元供电稳定的耗材芯片。

本发明的另一目的是提供一种有效解决耗材芯片存储单元供电电压不足问题的耗材容器。

本发明的再一目的是提供一种确保耗材芯片存储单元在打印机停止供电后继续读写操作的耗材芯片存储单元的供电方法。

为实现上述的主要目的，本发明提供的耗材芯片包括基板，基板上设有通信单元以及与通信单元电连接的电子模块，电子模块具有存储单元以及向存储单元供电的供电单元，供电单元设有第一电容及第二电容，第一电容的电容值小于第二电容的电容值，其中，供电单元设有与第一电容并联的第一开关器件，第一开关器件在耗材芯片掉电且存储单元无读写操作时闭合，供电单元设有连接第一电容与第二电容的第二开关器件，第二开关器件在第二电容的电压值高于阈值且存储单元有读写操作时闭合。

由上述方案可见，由于第一开关器件只是在耗材芯片掉电且存储单元无读写操作时闭合，即耗材芯片上电过程中始终断开，这样耗材芯片上电后即可以马上对第一电容充电，第一电容能够在短时间内充电完毕并向存储单元放电，满足存储单元的工作要求。

此外，第二开关器件在第二电容的电压值高于阈值且存储单元有读写操作时闭合，这样可以确保在打印机停止向耗材芯片供电且存储单元仍需要进行数据读写时确保有充足的电能供应，满足存储单元的数据转存要求，避免存储单元在打印机停止供电后电压过低而影响数据转存的操作。

一个优选的方案是，供电单元还设有与第二电容连接的第三开关器件，第三开关器件在耗材芯片上电过程中或者上电后存储单元有读写操作时断开。

由于第三开关器件在耗材芯片上电过程中或者上电后存储单元有读写操作时断开，耗材芯片上电过程中第二电容不会充电，避免影响第一电容的充电时间，同时避免影响打印机上电状态下的数据转存过程。

进一步的方案是，第二电容通过限流电阻连接至耗材芯片的电源触点。

可见，经过限流电阻的限流作用，可以减小第二电容的充电电流，确保第一电容的充电电压，使第一电容能够在短时间内充电完毕。

为实现上述的另一目的，本发明提供的耗材容器包括壳体，壳体围成容纳耗材的腔体，腔体下端设有耗材出口，壳体的外壁上安装有耗材芯片，耗材芯片具有基板，基板上设有通信单元以及与通信单元电连接的电子模块，电子模块具有存储单元以及向存储单元供电的供电单元，供电单元设有第一电容及第二电容，第一电容的电容值小于第二电容的电容值，其中，供电单元设有与第一电容并联的第一开关器件，第一开关器件在耗材芯片掉电且存储单元无读写操作时闭合，供电单元设有连接第一电容与第二电容的第二开关器件，第二开关器件在第二电容的电压值高于阈值且存储单元有读写操作时闭合。

由上述方案可见，通过控制第一开关器件与第二开关器件的开闭时间，可以控制第一电容与第二电容的充放电时间，即控制第一电容在耗材芯片上电后马上充电，第二电容以较小的电流充电，确保耗材芯片短时间掉电后能够由第一电容供电，并且在数据转存过程中，由第二电容供电，这样可以确保存储单元的数据转存操作，确保数据能够完全转存。

为实现上述的再一目的，本发明提供的耗材芯片存储单元的供电方法中，耗材芯片的供电单元向耗材芯片的存储单元供电，供电单元具有第一电容及第二电容，第一电容的电容值小于第二电容的电容值，且供电单元设有与第一电容并联的第一开关器件以及连接第一电容与第二电容的第二开关器件，该方法包括：耗材芯片上电后，第一开关器件断开，第一电容充电并向存储单元供电；在第二电容的电压值高于阈值且存储单元有读写操作时，第二开关器件闭合，第二电容向存储单元供电；在耗材芯片掉电且存储单元无读写操作时，第一开关器件闭合并放电。

由上述方案可见，通过两个开关器件的开闭操作可以控制第一电容与第二电容的充放电时间，进而确保打印机上电时对第一电容快速供电，提供芯片正常工作所需的稳定电压；在耗材芯片掉电后由第二电容供电，满足数据转存的要求。

一个优选的方案是，在耗材芯片掉电且存储单元无读写操作时，第二开关器件断开。

由此可见，第二开关器件断开后，第二电容不会向存储单元放电，避免第二电容的电量过早消耗完毕，满足存储单元长时间工作的需要。

附图说明

图1是现有一种喷墨打印机的结构图。

图2是现有墨盒的结构放大图。

图3是现有墨盒芯片电子模块的电原理框图。

图4是现有一种碳粉盒的结构分解图。

图5是本发明耗材芯片实施例中供电单元与喷墨打印机连接的电原理图。

图6是本发明耗材芯片实施例中供电单元在芯片停止读写操作后的等效电路图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的耗材容器既可以是安装在喷墨打印机上的墨盒，也可以是安装在激光打印机或复印机、传真机、一体机上的碳粉盒或碳粉筒，下面结合各实施例对本发明进行详细说明。

耗材芯片实施例：

本实施例的耗材芯片为安装在喷墨打印机用墨盒的墨盒芯片，其具有一块基板，基板的一面设有作为通信单元的多个电触点，用于与喷墨打印机的电触点连接。当然，若喷墨打印机与耗材芯片之间为无线通信，则通信单元为用于无线通信的天线。在基板的另一面设有与电触点连接的电子模块，电子模块具有存储器以及向存储器供电的供电单元。本实施例中，存储单元为设置在电子模块内的存储器，当然，存储单元也可以是单片机等控制器自身的存储单元。

本实施例的存储器包括非易失性存储器以及易失性存储器，非易失性存储器为EEPROM（电可擦只读存储器）或FLASH（闪速存储器）等，其存储墨盒及墨水相关的数据，包括墨盒型号、适用的喷墨打印机型号、墨盒内容纳墨水颜色、墨盒内墨水余量等。电子模块的控制器可以向非易失性存储器输出地址ADDRESS、数字写入输出命令DIN/DOUT以及读写命令WR/RD等命令。

易失性存储器为SRAM等存储器，其数据读写数据较快，但掉电后存储的数据将会丢失，用于临时存储喷墨打印机向芯片写入的数据。由于喷墨打印机写入数据的速度较快，若数字电路接收数据后直接写入非易失性存储器中，可能会因向非易失性存储器写入数据速度太慢而导致数据无法完全写入，因此数字电路接收需要写入到非易失性存储器的数据后，先将需要写入的数据写入到易失性存储器中，待喷墨打印机停止向芯片进行读写操作后，控制器将存储在易失性存储器的数据写回非易失性存储器中。

可见，喷墨打印机向存储器发出读写操作指令后，墨盒芯片的控制器也随即向存储器发出读写指令，将所接收的数据存储在易失性存储器内。并且，在喷墨打印机停止向耗材芯片写入数据时，如控制器判断易失性存储器内仍有未写入非易失性存储器的数据，仍向存储器发出存储器读写指令，将存储在易失性存储器的数据转存到非易失性存储器。

参见图5，供电单元具有两个电容C1、C2，其中电容C1的电容值小于电容C2的电容值，电容C1向存储器供电。供电单元还设有三个开关器件，分别是开关器件S1、S2、S3，本实施例中，三个开关器件S1、S2、S3均为场效应管，并且开关器件S1与电容C1并联，开关器件S2连接于电容C1与电容C2之间，开关器件S3的一端与电容C2连接，另一端接受打印机40提供的电源。

在电容C1与打印机40的电源触点之间连接有隔离二极管D2，隔离二极管D2的阳极连接至打印机40的电源触点，阴极与电容C1连接。打印机40的电源触点与开关器件S3之间依次连接有限流电阻R1以及隔离二极管D1，隔离二极管D1的阳极连接至限流电阻R1，阴极与开关器件S3连接。

由于三个开关器件S1、S2、S3均为场效应管，能够被控制闭合与断开，因此需要设置相应的控制电路以控制三个开关器件S1、S2、S3的通断。

本实施例中，供电单元设有打印机掉电检测电路41，用于检测打印机40是否停止向墨盒芯片供电。优选地，打印机掉电检测电路41检测打印机与墨盒芯片通信总线上两条数据信号线的电压，如判断两条数据信号线的电压均为零，则判断打印机停止向墨盒芯片供电，也就是墨盒芯片掉电，向与门U2输出高电平信号。

另外，供电单元设有存储器读写指令判断电路44，判断墨盒芯片的控制器是否向存储器发出读写指令，即判断存储器是否正在执行读写操作，如判断控制器向存储器发出读写指令，则向与门U1、或门U3输出高电平信号。此外，存储器无读写指令判断电路48在判断存储器没有读写操作时向与门U2输出高电平信号。

在打印机掉电检测电路41以及存储器读写指令判断电路44均输出高电平时，与门U2随即输出高电平。参见图5，开关器件S1为NMOS管，开关器件S2为PMOS管，因此，当与门U2输出高电平时，开关器件S1闭合，但开关器件S2断开。

另外，供电单元还设有电压检测电路43，用于检测电容C2的电压是否高于阈值，因此，电压检测电路43可以是由一个电压比较器以及电压源组成，电压比较器用于判断电容C2的电压值是否高于电压源的电压，如高于电压源的电压，表示电容C2的电压值高于阈值，电压检测电路43向与门U1输出高电平信号。当然，电压检测电路43也可以是上电电压检测电路，如power on detector等，这类电路不需要参考电压，类似于POR电路。

在存储器读写指令判断电路44以及电压检测电路43均输出高电平信号时，与门U1输出高电平信号，开关器件S2闭合，电容C2向电容C1放电，并由此向存储器供电。

此外，供电单元还设有芯片上电检测电路42，用于检测芯片是否处于上电过程中。本申请所说的芯片处于上电过程中是指打印机开始向墨盒芯片供电，电压处于上升过程中，掉电是指打印机停止向墨盒芯片供电，墨盒芯片依靠供电单元提供的电源工作。芯片上电检测电路42检测芯片供电电压是否达到设定阈值来判断墨盒芯片是否处于上电过程中。

如存储器读写指令判断电路44或者芯片上电检测电路42任一个输出高电平信号，或门U3随即输出高电平信号，因此开关器件S3随即断开。由于开关器件S3为PMOS管，因此当或门U3输出高电平时，开关器件S3断开，打印机40不会向电容C2充电。

耗材芯片存储器供电方法实施例：

如图4与图5所示，打印机开始向墨盒芯片供电后，此时墨盒芯片处于上电过程中，不会马上发出读写数据的指令，因此存储器读写指令判断电路44输出低电平信号，此时与门U1、U2均输出低电平信号，或门U3输出高电平信号，开关器件S1、S2、S3均断开，打印机40提供的电压仅用于向电容C1充电。

墨盒芯片上电后，芯片上电检测电路42判断墨盒芯片不处于上电过程中，则输出低电平信号，或门U3输出低电平信号，开关器件S3闭合，打印机同时向电容C2充电。此时，即使打印机短时间停止向墨盒芯片供电，由于电容C1已经在较短时间内充电，因此电容C1向存储器放电避免存储器临时存储的数据丢失。

当电容C2充电一段时间后，其电压值高于阈值，电压检测电路43输出高电平信号，并且打印机40向存储器发出读写指令，墨盒芯片的控制器也向存储器发出读写指令，存储器读写指令判断电路44随即输出高电平信号，此时与门U1输出高电平，开关器件S2导通，电容C2向电容C1放电，电容C1向存储器提供电压，满足存储器的工作要求。

当打印机40停止向墨盒芯片供电，打印机掉电检测电路41输出高电平信号，如此时存储器仍需要进行读写操作，即存储器无读写指令判断电路48输出低电平信号，则与门U2也输出低电平信号，开关器件S1断开，电容C1继续向存储器供电，以满足存储器的工作。

在打印机停止向芯片供电且存储器读写操作完毕后，即打印机掉电检测电路41以及存储器无读写指令判断电路48均输出高电平信号时，与门U2输出高电平信号，开关器件S1闭合，电容C1通过开关器件S1放电，以便于墨盒芯片再次上电时电容C1的及时充电。

并且，如墨盒芯片上电后，存储器正在执行读写操作时，即存储器读写指令判断电路44输出高电平时，开关器件S3也是断开，以避免电容C2过度放电，节省电容C2的电能消耗。

可见，通过三个开关器件S1、S2、S3分别控制电容C1、C2的充放电，可以有效地向存储器供电的，避免存储器的电压过低，确保数据能够被完全地转存。

墨盒实施例：

本实施例具有一个壳体，壳体围成一个容纳墨水的腔体，在腔体的下方设有与腔体连通的出墨口，腔体内的墨水可通过出墨口流出。并且，在壳体的一个外壁上可拆卸地安装有一块依据本发明上述实施例的耗材芯片。

碳粉盒实施例：

本实施例具有壳体，壳体围成容纳碳粉的腔体，腔体的一端设有出粉口，并且在壳体的外壁上可拆卸地安装一块如上述实施例的耗材芯片。

当然，上述实施例仅是本发明较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，使用三极管替代场效应管作为开关器件等，这样的改变同样可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如开关器件的改变、电流电阻阻值的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.耗材芯片，包括

基板，所述基板上设有通信单元以及与所述通信单元电连接的电子模块，所述电子模块具有存储单元以及向所述存储单元供电的供电单元，所述供电单元设有第一电容及第二电容，所述第一电容的电容值小于所述第二电容的电容值；

其特征在于：

所述供电单元设有与所述第一电容并联的第一开关器件，所述第一开关器件在所述耗材芯片掉电且所述存储单元无读写操作时闭合；

所述供电单元设有连接所述第一电容与所述第二电容的第二开关器件，所述第二开关器件在所述第二电容的电压值高于阈值且所述存储单元有读写操作时闭合。

2.根据权利要求1所述的耗材芯片，其特征在于：

所述供电单元还设有与所述第二电容连接的第三开关器件，所述第三开关器件在所述耗材芯片上电过程中或者上电后存储单元有读写操作时断开。

3.根据权利要求1或2所述的耗材芯片，其特征在于：

所述第二电容通过限流电阻连接至所述耗材芯片的电源触点。

4.根据权利要求3所述的耗材芯片，其特征在于：

所述第二电容与所述电源触点之间连接有隔离二极管。

5.耗材容器，包括

壳体，所述壳体围成容纳耗材的腔体，所述腔体下端设有耗材出口，所述壳体的外壁上安装有耗材芯片，所述耗材芯片具有基板，所述基板上设有通信单元以及与所述通信单元电连接的电子模块，所述电子模块具有存储单元以及向所述存储单元供电的供电单元，所述供电单元设有第一电容及第二电容，所述第一电容的电容值小于所述第二电容的电容值；

其特征在于：

所述供电单元设有与所述第一电容并联的第一开关器件，所述第一开关器件在所述耗材芯片掉电且所述存储单元无读写操作时闭合；

所述供电单元设有连接所述第一电容与所述第二电容的第二开关器件，所述第二开关器件在所述第二电容的电压值高于阈值且所述存储单元有读写操作时闭合。

6.根据权利要求5所述的耗材容器，其特征在于：

所述供电单元还设有与所述第二电容连接的第三开关器件，所述第三开关器件在所述耗材芯片上电过程中或者上电后存储单元有读写操作时断开。

7.根据权利要求5或6所述的耗材容器，其特征在于：

所述第二电容通过限流电阻连接至所述耗材芯片的电源触点。

8.耗材芯片存储单元的供电方法，所述耗材芯片的供电单元向所述耗材芯片的存储单元供电，所述供电单元具有第一电容及第二电容，所述第一电容的电容值小于所述第二电容的电容值，且所述供电单元设有与所述第一电容并联的第一开关器件以及连接所述第一电容与所述第二电容的第二开关器件；

其特征在于：该方法包括

所述耗材芯片上电后，所述第一开关器件断开，所述第一电容充电并向所述存储单元供电；

在所述第二电容的电压值高于阈值且所述存储单元有读写操作时，所述第二开关器件闭合，所述第二电容向所述存储单元供电；

在所述耗材芯片掉电且所述存储单元无读写操作时，所述第一开关器件闭合并放电。

9.根据权利要求8所述的耗材芯片存储单元的供电方法，其特征在于：

在所述耗材芯片掉电且所述存储单元无读写操作时，所述第二开关器件断开。

10.根据权利要求8或9所述的耗材芯片存储单元的供电方法，其特征在于：

所述供电单元还设有与所述第二电容连接的第三开关器件；

在所述耗材芯片上电过程中或者上电后存储单元有读写操作时，所述第三开关器件断开。