專利名稱：打印裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種打印頭內(nèi)置有溫度傳感器的打印裝置。
背景技術(shù)：
已知由半導(dǎo)體集成電路構(gòu)成的噴墨打印裝置的打印頭隨著打印頭的溫度上升，墨排出量增加。對于噴墨打印裝置來說，即使在連續(xù)打印期間也要求打印圖像的高再現(xiàn)性和色穩(wěn)定性。這推動了精確控制打印頭的驅(qū)動電壓和驅(qū)動脈沖的技術(shù)的發(fā)展(日本特開 2007-69575號公報)。根據(jù)這種技術(shù)，打印裝置的信號處理電路基于打印頭內(nèi)置的溫度傳感器檢測的溫度數(shù)據(jù)調(diào)整打印頭的驅(qū)動條件(驅(qū)動電壓和驅(qū)動脈沖)，并進(jìn)行控制以使得墨排出量均勻。然而，在打印操作期間，來自數(shù)字信號(例如打印數(shù)據(jù)信號)的高頻率噪聲與來自打印頭內(nèi)置的溫度傳感器的輸出信號相混合，使得無法進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度檢測。因此，能夠控制的打印頭的驅(qū)動條件(驅(qū)動電壓和驅(qū)動脈沖)的期間限于打印操作之間的間隔(在片材末端等不排出墨的期間)。通常，溫度檢測配置(例如打印頭內(nèi)置的溫度傳感器)經(jīng)常使用檢測正向偏壓的 PN結(jié)(junction)的正向電壓的二極管溫度傳感器配置。因此需要檢測依據(jù)PN結(jié)的正向電壓的溫度特性(_2mV/°C)的微弱的電壓變化。在搭載溫度傳感器的半導(dǎo)體集成電路中，在溫度檢測信號線的附近提供諸如數(shù)據(jù)信號及時鐘信號的數(shù)字信號。來自這些數(shù)字信號的噪聲與溫度檢測信號混合，導(dǎo)致檢測的溫度的誤差。日本特開平8-136356號公報記載了一種配置，其能夠通過將對二極管溫度傳感器的PN結(jié)施加正向偏壓的DC偏壓電流Ibias限定在預(yù)定電流范圍、并將二極管的動作阻抗設(shè)置為預(yù)定值，來減少在檢測的電壓中產(chǎn)生的偏移。為了將動作阻抗設(shè)置為預(yù)定值，將電阻器與二極管串聯(lián)。然而，在構(gòu)成為襯底晶體管結(jié)構(gòu)的二極管溫度傳感器中，DC偏壓電流流過襯底，并可能提高襯底電位而產(chǎn)生閉鎖(latch-up)。為了防止這樣，需要將DC偏壓電流最小化。此外，因?yàn)槎壒艿恼螂妷旱臋z測靈敏度在溫度變化時降低，并且S/N率因此降低，所以不期望將電阻器與二極管串聯(lián)。日本特開2005-147895號公報記載了一種配置在二極管溫度傳感器的正極與電源之間以及在負(fù)極與GND(接地端，Ground)之間插入電阻器。該配置能夠通過使阻抗值相均衡來減少混合噪聲。然而，半導(dǎo)體集成電路中的由正向偏壓PN結(jié)所構(gòu)成的二極管溫度傳感器具有晶體管結(jié)構(gòu)。尤其在使用通常CMOS工藝的半導(dǎo)體集成電路中，襯底晶體管能夠構(gòu)成正向偏壓PN結(jié)。對于P型襯底來說，需要引入特殊工藝以構(gòu)成從GND浮動的二極管溫度傳感器。此外，日本特開平8-136356號公報未特別提及阻抗的具體配置位置。日本特開2002-280556號公報記載了一種配置在二極管溫度傳感器的負(fù)極與半導(dǎo)體元件的襯底之間以及在負(fù)極與襯底之間插入電容，并且這兩個電容具有相同的容量值。然而，在半導(dǎo)體集成電路中可構(gòu)成的電容的容量值大約為幾個PF小，不足以減少混合的噪聲。
日本特許3509623號公報記載了一種配置針對半導(dǎo)體溫度傳感器的讀取信號線路，在半導(dǎo)體芯片中構(gòu)成RC濾波器以去除噪聲。RC濾波器的電阻器與溫度傳感器元件串聯(lián)，并且并聯(lián)電容。在觸點(diǎn)的門極氧化膜上構(gòu)成電容。然而，與二極管溫度傳感器混合的噪聲由于二極管的非線性而具有上下非對稱電壓波形。盡管通過RC濾波器進(jìn)行平滑，但是生成了 DC分量作為偏移電壓，導(dǎo)致溫度檢測誤差。此外，因?yàn)闇囟葯z測靈敏度下降，所以不期望將電阻器與二極管溫度傳感器串聯(lián)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是為了消除傳統(tǒng)技術(shù)帶來的上述問題。本發(fā)明提供一種有效地減少與從溫度傳感器輸出的信號混合的噪聲信號的打印裝置。本發(fā)明在其第一方面提供一種打印裝置，所述打印裝置包括對內(nèi)置有溫度傳感器的打印頭進(jìn)行控制的控制單元以及將所述打印頭與所述控制單元連接的線纜，所述打印裝置包括第一信號線路和第二信號線路，其被配置為分別布局在所述線纜上，生成與所述打印頭的溫度相對應(yīng)的電壓，并且與所述溫度傳感器連接；差分放大器電路，其被配置為內(nèi)置在所述控制單元中，并對所述第一信號線路與所述第二信號線路之間的電壓差進(jìn)行放大以輸出放大的電壓差作為所述打印頭的溫度信息；以及匹配電路，其被配置為通過在所述打印頭中、將所述第一信號線路和所述第二信號線路中的一個經(jīng)由電阻器接地，來使所述第一信號線路的配線阻抗和所述第二信號線路的配線阻抗相互匹配。本發(fā)明在其第二方面提供一種打印裝置，所述打印裝置包括對內(nèi)置有溫度傳感器的打印頭進(jìn)行控制的控制單元以及將所述打印頭與所述控制單元連接的線纜，所述打印裝置包括第一信號線路和第二信號線路，其被配置為分別布局在所述線纜上，生成與所述打印頭的溫度相對應(yīng)的電壓，并且與所述溫度傳感器連接；差分放大器電路，其被配置為內(nèi)置在所述控制單元中，并對所述第一信號線路與所述第二信號線路之間的電壓差進(jìn)行放大以輸出放大的電壓差作為所述打印頭的溫度信息；以及電路，其被配置為在所述打印頭中、 將所述打印頭的接地端經(jīng)由電阻器與所述第一信號線路和所述第二信號線路中的一個連接，以使得所述第一信號線路的配線阻抗和所述第二信號線路的配線阻抗相等。本發(fā)明能夠有效地減少與從溫度傳感器輸出的信號混合的噪聲信號。從以下參照附圖對示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。


圖IA和圖IB是各自示出實(shí)施例中的包括打印頭和控制單元的配置的圖；圖2是示出包括打印頭和控制單元的傳統(tǒng)配置的圖；圖3是示出圖IA中的控制單元3的配置的電路圖；圖4是示出圖2中的控制單元3的配置的電路圖；圖5A和圖5B是分別示出圖3和圖4中的傳送線路模型的圖；圖6是示出用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的電路模型的電路圖；圖7是示出圖6中的電路模型的等效電路的電路圖；圖8是示出在噪聲源的正弦波變化時的輸出電壓中生成的偏移電壓的測量結(jié)果的圖9A和圖9B是各自示出當(dāng)輸入具有250mVpp的振幅的正弦波作為噪聲源時的測
量結(jié)果的圖表；圖10是示出通過圖2所示的配置實(shí)際測量檢測的溫度的結(jié)果的圖；圖11是示出溫度傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖12A、圖12B和圖12C是各自例示溫度傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖13A和圖1 是各自例示溫度傳感器的另一結(jié)構(gòu)的截面圖；圖14是示出偏壓電流源為在打印頭中構(gòu)成的恒流源電路的情況的電路圖；圖15是示出包括圖IA所示的打印頭和控制單元的噴墨打印裝置的透視圖；圖16是示出圖15所示的打印裝置的控制配置的框圖；以及圖17是示出在改變&。值的同時計(jì)算輸入阻抗的結(jié)果的表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，參照附圖在下文中詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是以下實(shí)施例并不旨在限制本發(fā)明的權(quán)利要求，并且不是根據(jù)以下實(shí)施例所描述的方面的所有組合都是根據(jù)本發(fā)明解決問題的手段所不可或缺的。請注意，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，并省略其重復(fù)的描述。圖IA是示出本發(fā)明的實(shí)施例中的包括打印頭和控制單元的配置的圖。本實(shí)施例將例示檢測PNP晶體管或者NPN晶體管的發(fā)射極-基極電壓的溫度傳感器。圖IA所示的打印頭是噴墨打印裝置的打印頭，控制單元3控制打印頭1的驅(qū)動。溫度傳感器5具有PNP 晶體管或者NPN晶體管的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，在圖IA中將溫度傳感器5作為PNP晶體管進(jìn)行說明?，F(xiàn)在，在圖IB中將溫度傳感器5作為NPN晶體管進(jìn)行說明。配線部件2連接打印頭1 和控制單元3，并由用作信號傳送線路的柔性印制板(柔性線纜)等構(gòu)成?？刂茊卧?包括信號處理單元12以及對從溫度傳感器輸出的信號線路22和23之間的電壓差進(jìn)行放大的差分放大器電路11。信號處理單元12包括時鐘生成單元18。時鐘生成單元18生成時鐘信號。在打印頭1中，邏輯電路8經(jīng)由信號線路(配線線路)21接收從信號處理單元12輸出的多個數(shù)字信號(例如圖像數(shù)據(jù)和頭驅(qū)動信號)，并對驅(qū)動電路10進(jìn)行驅(qū)動。信號線路 21是用于時鐘信號和數(shù)據(jù)信號的線路。結(jié)果，從打印頭1的多個墨排出噴嘴中的基于接收到的數(shù)據(jù)而確定的噴嘴，來排出墨。打印頭1通過CMOS工藝制造，溫度傳感器5使用如圖11所示的襯底PNP晶體管結(jié)構(gòu)構(gòu)成。第一信號線路22與溫度傳感器5的發(fā)射極端子連接，第二信號線路23與溫度傳感器5的基極端子連接。溫度傳感器5的集電極端子與最小電位GND配線線路(VSS配線線路24)連接并接地。溫度傳感器5的集電極端子與導(dǎo)體7連接。為了向溫度傳感器5 提供正向電流(DC偏壓電流)，在第一信號線路22與電源Vcc (例如3. 3V)之間插入電阻器 13。第二信號線路23與溫度傳感器5的基極端子連接，并且經(jīng)由電阻器6與導(dǎo)體7連接。 溫度傳感器5的第二信號線路23不與控制單元3的GND圖形(pattern)連接，而經(jīng)由電阻器15與差分放大器電路11的基準(zhǔn)電壓側(cè)端子V+連接。為了確定差分放大器電路11的基準(zhǔn)電壓側(cè)端子的基準(zhǔn)電壓，將第二信號線路23經(jīng)由電阻器14與電源Vcc連接，并使用電阻器15對Vcc電壓進(jìn)行分壓以得到基準(zhǔn)電壓。差分放大器電路11對第一信號線路22和第二信號線路23之間的電壓差進(jìn)行放大，并輸出結(jié)果作為打印頭1的溫度信息Vo。
現(xiàn)在參照圖2說明與傳統(tǒng)配置的不同。在傳統(tǒng)配置中，如圖2所示，第二信號線路 23從打印頭1引出，與VSS配線線路M獨(dú)立，并與控制單元3的GND圖形連接，以便抑制根據(jù)來自邏輯電路8的、流經(jīng)VSS配線線路M的返回電流的有/無以及幅度產(chǎn)生的電壓波動噪聲。通過圖IA與圖2之間的比較，很明顯，本實(shí)施例的配置與傳統(tǒng)配置在第二信號線路23和電阻器6上不同。在本實(shí)施例中，輸入到差分放大器電路11的+端子的基準(zhǔn)電壓 Vref的OV基準(zhǔn)被用作打印頭1的內(nèi)部GND。因此，如公式(1)所示，通過三個電阻器6、14 和15對控制單元3的電源電壓Vcc進(jìn)行分壓Vref = VccX (R15+R6) / (R14+R15+R6). . . (1)相反，在圖2所示的配置中，輸入到差分放大器電路11的+端子的基準(zhǔn)電壓Vref 的OV基準(zhǔn)被用作控制單元3的GND 17。如圖IA所示，從溫度傳感器5引出的第一信號線路22、第二信號線路23以及GND 配線線路(VSS)M經(jīng)由配線部件2從打印頭1連接到控制單元3。在用作由柔性印制電路板(FPC板)等構(gòu)成的信號傳送線路的配線部件2上，數(shù)字信號(例如數(shù)據(jù)信號和時鐘信號)的線路布局為與第一信號線路22和第二信號線路23相鄰。在配線部件2上，來自信號線路21的噪聲混合到第一信號線路22和第二信號線路23，產(chǎn)生由控制單元3檢測的打印頭1的溫度的誤差。圖10示出使用圖2所示的配置測量的與溫度相對應(yīng)的電壓波長。該電壓波形表示在A/D轉(zhuǎn)換器(信號處理單元12)的輸入、觀測噴墨打印裝置的打印頭1的溫度檢測波形的結(jié)果。該電壓波形表示差分放大器電路11的輸出Vo。差分放大器電路11由低通濾波器構(gòu)成，所述低通濾波器用于對來自打印頭1內(nèi)置的溫度傳感器5的輸出放大大約8倍并去除高頻率噪聲。如圖10所示，左、右平坦部與打印頭1在片材末端不操作的期間以及數(shù)字信號空閑的期間相對應(yīng)。左、右平坦部的電壓是以Gr0imdl7為基準(zhǔn)的1.5[V]。相反，中央上升部與打印操作的期間以及數(shù)字信號操作的期間相對應(yīng)。如圖10所示，數(shù)字信號噪聲 N混合到第一信號線路22和第二信號線路23，因此，由于數(shù)字信號噪聲N而導(dǎo)致電壓增加 220[mV]。將電壓的增加稱為“偏移電壓”。例如，該220[mV]的電壓增加造成大約13°C的溫度誤差。該混合的噪聲電壓N由于溫度傳感器5的非線性而具有上下非對稱噪聲波形。 即使通過后段電路對電壓波長進(jìn)行處理，也無法去除偏移電壓。本實(shí)施例即使在數(shù)字信號的操作期間也能夠減少這種偏移電壓并將溫度檢測誤差極大地抑制到大約rc。現(xiàn)在說明本實(shí)施例中減少檢測誤差的配置。圖3和圖4是分別示出圖IA和圖2中的控制單元3的配置的電路圖。對混合有噪聲的第一信號線路22和第二信號線路23的配線阻抗進(jìn)行關(guān)注。如圖3所示，Ra是第一信號線路22在溫度傳感器5的發(fā)射極端子側(cè)的輸入阻抗，而&是第二信號線路23在溫度傳感器5的基極端子側(cè)的輸入阻抗。此外，Rx是第一信號線路22在差分放大器電路11側(cè)的輸入阻抗。&是第二信號線路23在差分放大器電路11側(cè)的輸入阻抗。稍后，描述各部的輸入阻抗的細(xì)節(jié)。圖5A和圖5B分別示出了圖3和圖4的傳送線路模型。配線線路21c是用于時鐘信號的線路。配線線路21c與噪聲信號源(時鐘生成單元)18連接。&是第一信號線路22在溫度傳感器5的發(fā)射極端子側(cè)的輸入阻抗(圖3)， 而&是第二信號線路23在溫度傳感器5的基極端子側(cè)的輸入阻抗(圖幻。&是第一信號線路22在控制單元3側(cè)的輸入阻抗。&是第二信號線路23在打印頭1側(cè)的輸入阻抗。在以下描述中，噪聲信號源18是流經(jīng)配線部件2的時鐘信號CLK。如圖5A和圖5B所示，在時鐘信號CLK位于打印頭1側(cè)的終端構(gòu)成等效電容Ci。等效電容Ci與被視為打印頭1的AC Ground的Ground 25連接。阻抗Ra和阻抗 Rk也與Ground 25連接。另一方面，噪聲信號源18與也被視為打印頭1的AC Ground的 Ground 26連接。阻抗&和阻抗&也與Ground 26連接?，F(xiàn)在考查圖5A和圖5B的傳送線路模型。通過產(chǎn)生噪聲(時鐘信號CLK)的配線線路21c與受噪聲影響的配線線路(第一信號線路22和第二信號線路23)的耦合阻抗以及受噪聲影響的配線線路兩端的負(fù)載阻抗，來確定混合的噪聲電壓。當(dāng)?shù)谝恍盘柧€路22和第二信號線路23彼此相鄰時，與配線線路21c的耦合阻抗在第一信號線路22和第二信號線路23之間相等。簡而言之，配線線路21c與第一信號線路22之間的耦合阻抗跟配線線路21c與第二信號線路23之間的耦合阻抗相等(近似相等)。因此認(rèn)為噪聲電壓是由第一信號線路22與第二信號線路23各個的兩端的負(fù)載阻抗之間的不同而引起的。在圖5A所示的模型中，溫度傳感器5側(cè)的輸入阻抗&和&的值彼此相等，控制單元3側(cè)的輸入阻抗&和&的值彼此相等。結(jié)果，在控制單元3側(cè)生成的、與第一信號線路 22混合的噪聲電壓跟與第二信號線路23混合的噪聲電壓彼此平衡。即，在控制單元3中的差分放大器電路11的這兩個輸入端子生成的噪聲電壓用作同相噪聲分量并被抵消。因此， 在差分放大器電路11的輸出電壓VO中產(chǎn)生的噪聲電壓減少。然而，在圖5B所示的傳統(tǒng)模型中，控制單元3側(cè)的輸入阻抗&為0。在控制單元3側(cè)生成的、與第一信號線路22混合的噪聲電壓跟與第二信號線路23混合的噪聲電壓彼此不平衡。在混合噪聲電壓被直接放大的情況下，輸出差分放大器電路11的輸出電壓V0。如上所述，為了減少混合噪聲，在第一信號線路22和第二信號線路23受到噪聲源信號干擾的傳送線路上，重要的是考慮以下兩點(diǎn)。首先，第一信號線路22和第二信號線路 23彼此相鄰配置，第二，使第一信號線路22和第二信號線路23的兩端的輸入阻抗相等。然而，即使輸入阻抗不完全相等，在差分放大器電路11的兩個輸入端子生成的同相噪聲分量也得以抵消。因此能夠期待噪聲減少效果?；诳稍试S的溫度檢測誤差足以確定阻抗平衡度?；谑褂蒙院竺枋龅牡刃щ娐纺Ｐ偷尿?yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，來確定圖5A所示的傳送線路的終端的阻抗值。圖3是示出實(shí)現(xiàn)圖5A所示的傳送線路模型的電路的電路圖。在本實(shí)施例中，在構(gòu)成溫度傳感器5的PNP晶體管的基極和集電極之間插入用作匹配(match)電路的電阻器I BC。插入基極和集電極之間的電阻器具有兩個目的。一個是使輸入阻抗相等(匹配)。為此，在溫度傳感器5的基極端子和接地集電極端子之間插入電阻器Rbc。另一個是將用于設(shè)置差分放大器電路11的基準(zhǔn)電壓Vref的OV基準(zhǔn)，設(shè)置作為打印頭1側(cè)的 GND。因此，在溫度傳感器5的基極端子和接地集電極端子之間插入電阻器I BC?？梢圆粚⑤斎胱杩?！^設(shè)置為圖5B所示的0，而可以根據(jù)電阻器14(R2)和電阻器15(R3)的值設(shè)置為任意值。插入PNP晶體管的基極和集電極之間的電阻器Rbc可以是在打印頭1的內(nèi)部通過半導(dǎo)體制造工藝構(gòu)成的多晶硅電阻器或者擴(kuò)散電阻器。電阻器還可以是安裝在打印頭 1外部的阻抗元件?，F(xiàn)在參照圖3詳細(xì)描述如何確定圖3所示的四個輸入阻抗Ra、Rk、Rx和Ι γ。
輸入阻抗&是用于提供溫度傳感器5的DC偏壓電流的電阻器13(R1)和差分放大器電路11的輸入電阻器16(R4)的并聯(lián)阻抗。對于Rl <<R4而言，輸入阻抗&由公式 ⑵得出Rx ^ Rl... (2)輸入阻抗&是電阻器14(R2)和電阻器15(R3)的串聯(lián)阻抗。輸入阻抗&由公式 ⑶得出Ry = R2+R3. . . (3)輸入阻抗&由公式(4)得出Ra = re+ (rbb+RBC//RY) /hfe. . . (4)其中，"Rbc//Ry"是Rbc和&的并聯(lián)合成阻抗。輸入阻抗&由公式(5)得出Rk = Rbc// {rbb+ (re+Rx) hfe}. . . (5)其中，re是發(fā)射極阻抗，rbb是基極擴(kuò)展阻抗，hfe是發(fā)射極接地電流放大系數(shù)。 發(fā)射極阻抗re是由波爾茲曼(Boltzmarm)常數(shù)k、元電荷量q以及絕對溫度T確定的熱電壓Vt與二極管溫度傳感器的偏壓電流Iibas的比率。發(fā)射極阻抗re由公式(6)得出re = Vt/Ibias = (kT/q)/Ibias. . . (6)如果電流放大系數(shù)hfe足夠大(例如，100或者200)并且re < < RBe/hfe，則&和 &可以近似為K ^ re, Rk ^ Rbc。在圖3所示的配置中，將阻抗值設(shè)置如下。首先，將流經(jīng)溫度傳感器5的DC偏壓電流Ibias設(shè)置為0. 2mA。如公式(7)所示，其通過電阻器13 (Rl)來獲得Ibias= (Vcc-Vbe-Vbc)/Rl. . . (7)PNP晶體管的基極-發(fā)射極電壓Vbe是大約0. 65V。可以將由電阻器6 (Rbc)、電阻器14(R2)以及電阻器15(R3)的分壓率確定的基極-集電極電壓Vbc視為大約0V。對于Vcc = 3. 3V而言，電阻器13 (Rl)由公式⑶得出Rl = (3. 3-0. 65) /0. 2 [mA] ^ 13 [k Ω ]. . . (8)差分放大器電路11的輸入電阻器16(R4)具有足夠大的以致不在Rl的影響下改變放大系數(shù)的值。在本實(shí)施例中，R4 = 100&Ω]。由此，根據(jù)公式0)，輸入阻抗&為 Rx ^ Rl = 13[kQ] 0設(shè)置差分放大器電路11的基準(zhǔn)電壓Vref的電阻器14(R2)和電阻器15 (R3)獲得如下。由于將輸入阻抗&設(shè)置等于輸入阻抗&，因此根據(jù)公式(3)I Y = R2+R3 = 13&Ω]。 確定差分放大器電路11的基準(zhǔn)電壓Vref和電壓放大系數(shù)，以使得輸出電壓VO的波動幅度落入下一階段的信號處理單元12的A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍。在本實(shí)施例中，在溫度特性為_2mV/°C、檢測的溫度范圍為0°C到100°C，并且正向電壓在25°C為0. 65V的情況下， 將溫度傳感器5的正向電壓(即PNP晶體管的基極-發(fā)射極電壓Vbe)設(shè)為0. 7V(O0C)到 0. 5V (IOO0C )。假定制造工藝的波動是士0. 05V，則Vbe波動范圍為0. 45V至0. 75V。如果將A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍設(shè)置為0. 5V到2. 75V，則電壓放大系數(shù)為7. 5。對于Vbe波動范圍在0. 45V到0. 75V而言，確定基準(zhǔn)電壓Vref，以使得放大7. 5倍的電壓落入A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍0. 5V到2. 75V內(nèi)。于是Vref = 0. 72V。根據(jù)R2+R3 = 13 R Ω ]，基于分壓率得至Ij R2 = 10 & Ω ]，R3 = 2. 7 & Ω ]。
最后，現(xiàn)在說明在溫度傳感器5的基極和集電極之間插入的電阻器Rbc的阻抗值的設(shè)置。如上所述，當(dāng)PNP晶體管的電流放大系數(shù)hfe足夠大并且re << RBC/hfe時，可以將 Ra和&近似為& re，& Rbco為了使輸入阻抗Ra和&相互匹配，Rbc = re足以。通過公式(6)，發(fā)射極阻抗 re 為 re 25. 8 [mV] /0. 2[mA] = 130 [ Ω ]。因此，Rbc = 130 [ Ω ]足以。圖5Α所示的終端阻抗值是上述設(shè)置的示例。以上說明了公式(4)和公式(5)能夠針對非常大的電流放大系數(shù)hfe進(jìn)行近似使 & re及& Rbco現(xiàn)在描述電流放大系數(shù)hfe小(例如，5或者10)的情況。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明實(shí)際混合的噪聲產(chǎn)生問題的頻率為IOOMHz至150MHz。在這些頻率下，晶體管的電流放大系數(shù)hfe大大降低，無法建立上述近似公式?？紤]這種情況，使用針對輸入阻抗&的公式(4)和針對輸入阻抗&的公式(5) 在不同的Rrc值計(jì)算輸入阻抗&和&。圖17示出了計(jì)算結(jié)果。計(jì)算條件是溫度傳感器5 的偏壓電流Bias = 0. 2[mA], PNP晶體管的基極擴(kuò)展阻抗rbb = 50
，輸入阻抗& = 13 R Ω ]，發(fā)射極阻抗 re = 130 [ Ω ]。如圖17所示，當(dāng)晶體管的電流放大系數(shù)hfe為1時，即，不產(chǎn)生電流放大效果，則只要Rrc值是50[Ω]或者更大，輸入阻抗的值的比率就落入大約5倍的范圍內(nèi)。從圖17中能夠推定，如果基極-集電極阻抗電阻器Rrc不等于發(fā)射極阻抗而為給定值或者更大，則其對噪聲減少是有效的。為了對此進(jìn)行確認(rèn)，使用以下等效電路模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖6示出了用于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的電路模型，圖7示出了圖6中的電路模型的等效電路。在圖7所示的等效電路中，被配置為連接噴墨打印裝置的打印頭的FPC 102以及具有用于噴墨打印裝置的主體的連接墊(pad)的印制板104作為噪聲傳播路徑工作，并且，測量控制單元103的差分放大器電路 111的輸出電壓。在該模型中，不是在打印頭上，而是在FPC 102上安裝PNP晶體管105、 阻抗元件106以及具有作為數(shù)字信號終端容量的IOpF容量值的電容109。此外，輸入具有 250mVpp的振幅的正弦波作為噪聲源18的信號。在這些條件下，測量在差分放大器電路111 的輸出電壓VO中生成的偏移電壓。圖8示出了當(dāng)噪聲源18的正弦波在IOOMHz到150MHz 的范圍內(nèi)變化時在輸出電壓VO中生成的偏移電壓。如圖8所示，能夠確認(rèn)偏移電壓在不同的基極-集電極阻抗&。之間變化極大。如圖8所示，偏移電壓在如圖2和圖4所示的傳統(tǒng)配置中增大(針對圖8所示的open”)。 在這種情況下，傳送線路兩端的輸入阻抗在第一信號線路22和第二信號線路23之間不同。 能夠確認(rèn)混合噪聲的影響嚴(yán)重。對于“I Be short”而言，電路配置除了基極與集電極為串聯(lián)以外與圖IA和圖3中的相同。在這種情況下，在傳送線路的輸入阻抗中僅相等， 而溫度傳感器5側(cè)的輸入阻抗&和&不同，因?yàn)檩斎胱杩?amp; = 0[ Ω ]。然而，對于= 150[Ω]而言，輸出電壓VO的偏移變得理想，幾乎為0。即，確認(rèn)當(dāng)傳送線路兩端的輸入阻抗在第一信號線路22和第二信號線路23之間變得相等時，混合噪聲能夠減少到幾乎為0。接著，在使用圖6的相同電路模型、使基極-集電極電阻器Rrc從0[ Ω ]變化到 5[kQ]的同時，測量輸出電壓VO的偏移電壓。圖9A示出了當(dāng)輸入振幅250mVpp的正弦波 (100MHz到150MHz)作為噪聲源18時的測量結(jié)果。在圖9A中，沿縱坐標(biāo)繪制在偏移電壓在 IOOMHz到150MHz的頻率范圍內(nèi)最大時的頻率處的值。圖9B示出了當(dāng)輸入振幅3. 3V并且頻率為IOM Hz的矩形波(2. 5ns和5ns兩個上升/下降時間)作為噪聲源時的結(jié)果。能夠確認(rèn)針對任意一種噪聲源在基極-集電極阻抗RBe為50 [ Ω ]或者更大時輸出電壓VO的偏移電壓大大降低。根據(jù)上述驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過將在基極和集電極之間插入的電阻器設(shè)置為具有大于由偏壓電流Ibias確定的發(fā)射極阻抗re的1/3的值，能夠?qū)⒂苫旌显肼暜a(chǎn)生的偏移電壓減少到幾乎為0。在本實(shí)施例中，將起噪聲減少效果的電阻器的下限值設(shè)置為大于發(fā)射極阻抗 re的值的1/3。然而，下限值可以根據(jù)安裝有控制單元3的噴墨打印裝置請求的、檢測到的溫度容差來任意地確定。例如，如果允許圖9A所示的與1^= 13[Ω]相對應(yīng)的偏移電壓 40 [mV]，則可以將Rb。值設(shè)置為作為發(fā)射極阻抗re的1/10的13 [ Ω ]。上述的溫度傳感器5和控制單元3甚至能夠應(yīng)用于下述的其它配置。如圖14所示，用于向溫度傳感器5的PN結(jié)提供正向偏壓電流的偏壓電流源，可以是在打印頭1中構(gòu)成的恒流源電路。溫度傳感器5可以由NPN晶體管構(gòu)成。在使用N型半導(dǎo)體襯底的CMOS 半導(dǎo)體工藝中用于構(gòu)成正向偏壓的PN結(jié)的最簡單的結(jié)構(gòu)是圖12A所示的襯底NPN晶體管。 圖IB示出了使用襯底NPN晶體管的基極-發(fā)射極接合作為溫度傳感器5的配置。第一信號線路22與晶體管5的發(fā)射極端子連接。第一信號線路22還經(jīng)由電阻器13與控制單元 3的接地圖形17連接。并且，第二信號線23經(jīng)由電阻器14與接地圖形17連接，從而確定差分放大器電路11的基準(zhǔn)電壓端子的基準(zhǔn)電壓。第二信號線路23還經(jīng)由電阻器15以及打印頭1的電阻器6與VDD連接。在與發(fā)射極端子連接的第二信號線路23與GND配線線路M之間，插入了用于向溫度傳感器5提供正向偏壓電流的電阻器13。在與第一信號線路22連接的基極端子和與電源電壓VDD連接的集電極端子之間，插入了用于使第一信號線路22和第二信號線路23 的兩端的輸入阻抗相等的電阻器6。將例示可應(yīng)用本實(shí)施例的打印頭1中構(gòu)成的溫度傳感器5的其它配置。圖12B、圖 12C、圖13A以及圖1 所示的晶體管結(jié)構(gòu)是通過使用P型半導(dǎo)體襯底的雙極工藝構(gòu)成的各個晶體管的配置示例?？梢酝ㄟ^向各個圖示的晶體管的PN結(jié)提供正向偏壓電流來配置溫度傳感器。雖然，未示出針對這些示例的控制單元3的配置示例，但是配置了與圖IA和圖 IB相同的控制單元3。還可以通過向晶體管的基極和集電極之間的PN結(jié)施加正向偏壓來使用晶體管作為溫度傳感器5。在這種情況下，在基極和發(fā)射極之間插入電阻器。這表示通過將晶體管的集電極與發(fā)射極互換來使用晶體管作為溫度傳感器5。上述實(shí)施例描述了在打印頭1中僅安裝了一個溫度傳感器5的示例，但是在打印頭1中可以配置多個溫度傳感器5。此外，可以在控制單元3的輸入配置開關(guān)以對從多個溫度傳感器5引出的信號線路進(jìn)行切換并將它們中的一個與控制單元3連接。當(dāng)在打印頭1中配置了多個溫度傳感器5時，可以在多個溫度傳感器5(各個由 PNP晶體管構(gòu)成)之間共用從基極端子引出的一個第二信號線路23，以便節(jié)省打印頭1的觸點(diǎn)和信號線路。在這種情況下，可以從溫度傳感器5中僅提取第一信號線路22作為單獨(dú)的配線線路。在共用的第二信號線路23與襯底之間，插入了為使第一信號線路22和第二信號線路23兩端的輸入阻抗相等而插入的電阻器。阻抗值為上述實(shí)施例中的那些足以。
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在圖IA和圖IB例示的配置中，包括差分放大器電路11的控制單元3配置在打印頭1的外部，并且諸如FPC的配線部件將溫度傳感器5與控制單元3連接。然而，打印頭1 可以內(nèi)置包括差分放大器電路11的控制單元3。在這種情況下，將打印頭1中的溫度傳感器5與差分放大器電路11之間的配線線路視為傳送線路。在構(gòu)成溫度傳感器5的晶體管的基極和集電極之間，插入為使第一信號線路22和第二信號線路23兩端的輸入阻抗相等而配置的電阻器6。圖15是示出包括圖IA所示的打印頭1和控制單元3的噴墨打印裝置的透視圖。如圖15所示，噴墨打印裝置(稱為打印裝置)以如下方式打印。傳送機(jī)構(gòu)153向搭載打印頭151(被配置為通過根據(jù)噴墨方法排出墨來打印)的滑架152傳送由滑架電機(jī) Ml生成的驅(qū)動力。接著，滑架152沿箭頭A所示的方向往返運(yùn)動。經(jīng)由紙張給送機(jī)構(gòu)154 來給送諸如打印片材的打印介質(zhì)P，并將其輸送到打印位置。在該打印位置，打印頭151向打印介質(zhì)P排出墨，由此打印。為了保持打印頭151的良好狀態(tài)，滑架152移動到恢復(fù)設(shè)備155的位置以間歇地進(jìn)行打印頭151的排出恢復(fù)處理。打印裝置的滑架152搭載打印頭151，此外還搭載存儲向打印頭151提供的墨的墨盒156。墨盒156可從滑架152自由拆卸。圖15所示的打印裝置能夠使用彩色打印。為此，在滑架152上安裝有四個墨盒并且所述四個墨盒分別存儲品紅色(M)墨、青色(C)墨、黃色(Y)墨以及黑色(K)墨。這四個墨盒可獨(dú)立拆卸?；?52和打印頭151通過使其接合面彼此適當(dāng)接觸能夠?qū)崿F(xiàn)并保持必要的電氣連接。通過根據(jù)打印信號施加能量，打印頭151從多個噴嘴選擇性地排出墨以打印。尤其， 本實(shí)施例的打印頭151采用使用熱能來排出墨的噴墨方法，并包括用于產(chǎn)生熱能的電熱轉(zhuǎn)換器。將施加給電熱轉(zhuǎn)換器的電能轉(zhuǎn)換為熱能，并將其施加給墨，生成膜沸騰。由此得到的氣泡生長和收縮改變壓力。通過利用壓力變化，從噴嘴中排出墨。與各個噴嘴對應(yīng)地配置電熱轉(zhuǎn)換器。向電熱轉(zhuǎn)換器施加與打印信號相對應(yīng)的脈沖電壓，從相應(yīng)的噴嘴排出墨。如圖15所示，滑架152與傳送滑架電機(jī)Ml的驅(qū)動力的傳送機(jī)構(gòu)153的驅(qū)動帶157 的部分耦合?；?52沿箭頭A所示的方向、沿導(dǎo)軸158可滑動地導(dǎo)向和支撐。因此，滑架 152響應(yīng)滑架電機(jī)Ml的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)沿導(dǎo)軸158往復(fù)運(yùn)動。在滑架152的移動方向(箭頭A所示的方向)上配置有標(biāo)尺159以指示滑架152的絕對位置。在本實(shí)施例中， 通過在透明的PET薄膜上以需要的間距打印黑條來構(gòu)成標(biāo)尺159。標(biāo)尺159的一端固定到機(jī)架160，另一端由板簧(未示出)支撐。打印裝置包括與打印頭151的具有噴嘴(未示出)的噴嘴面相對的壓板(未示出)。同時，當(dāng)帶有打印頭151的滑架152通過滑架電機(jī)Ml的驅(qū)動力往返運(yùn)動時，向打印頭 151提供打印信號以排出墨，由此對在壓板上輸送的打印介質(zhì)P進(jìn)行全幅打印。打印裝置還包括由輸送電機(jī)M2驅(qū)動的用以輸送打印介質(zhì)P的輸送輥161、經(jīng)由彈簧(未示出)使打印介質(zhì)P與輸送輥161接觸的壓緊輥162、可旋轉(zhuǎn)地支撐壓緊輥162的壓緊輥保持器163以及固定在輸送輥161的一端的輸送輥齒輪164。輸送輥161通過經(jīng)由中間齒輪(未示出)傳送到輸送輥齒輪164的輸送電機(jī)M2的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動。打印裝置還包括用于將載有打印頭151形成的圖像的打印介質(zhì)P排出到打印裝置外部的排出輥165。排出輥165通過傳送輸送電機(jī)M2的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動。請注意，排出輥165 通過彈簧(未示出)以壓緊接觸的方式使打印介質(zhì)P與突出輥(未示出)接觸。突出保持器166可旋轉(zhuǎn)地支撐突出輥。如圖15所示，打印裝置包括恢復(fù)設(shè)備155，恢復(fù)設(shè)備155位于具有打印頭151的滑架152的打印操作的往返運(yùn)動的范圍以外(打印區(qū)域外部)的期望位置(例如，對應(yīng)于起始位置的位置)。恢復(fù)設(shè)備1 將打印頭151從排出錯誤中恢復(fù)?；謴?fù)設(shè)備155包括遮蓋打印頭151的噴嘴面的遮蓋機(jī)構(gòu)167以及對打印頭151的噴嘴面進(jìn)行清洗的擦拭機(jī)構(gòu)168。恢復(fù)設(shè)備中的抽吸單元(例如，抽吸泵)在遮蓋機(jī)構(gòu)167 對噴嘴面進(jìn)行遮蓋的同時從噴嘴強(qiáng)制排出墨。因此，進(jìn)行排出恢復(fù)處理，以例如從打印頭 151的墨道中去除粘滯墨、氣泡等。在非打印操作等中，遮蓋機(jī)構(gòu)167對打印頭151的噴嘴面進(jìn)行遮蓋以保護(hù)打印頭 151并防止墨的蒸發(fā)和干燥。擦拭機(jī)構(gòu)168配置在遮蓋機(jī)構(gòu)167的附近以擦拭附著在打印頭151的噴嘴面上的墨滴。遮蓋機(jī)構(gòu)167和擦拭機(jī)構(gòu)168能夠保持打印頭151的正常排墨狀態(tài)。圖16是示出圖15所示的打印裝置的控制配置的框圖。如圖16所示，與圖IA中的控制單元3相對應(yīng)的控制單元200包括MPU 201、ROM 202、專用集成電路(ASIC) 203、RAM 204、系統(tǒng)總線205以及A/D轉(zhuǎn)換器206。ROM 202存儲與稍后描述的控制序列相對應(yīng)的程序、需要的表以及其它固定數(shù)據(jù)。ASIC 203生成用于控制滑架電機(jī)Ml、輸送電機(jī)M2以及打印頭151的控制信號。RAM 204提供圖像數(shù)據(jù)光柵化區(qū)域以及用于程序執(zhí)行的工作區(qū)域。系統(tǒng)總線205將MPU 201、ASIC 203以及RAM 204彼此連接以交換數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換器206從稍后說明的傳感器組接收模擬信號，將其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)字信號提供給MPU 201。參照圖16，計(jì)算機(jī)210(例如，用于圖像讀取的讀取器或者數(shù)碼相機(jī))用作圖像數(shù)據(jù)提供源，并通稱為主機(jī)設(shè)備。主機(jī)設(shè)備210經(jīng)由接口(I/F) 211對打印裝置進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)、 命令、狀態(tài)信號等的發(fā)送或接收。開關(guān)組220包括用于接收操作者輸入的指令的開關(guān)，例如，電源開關(guān)221、指示開始打印的打印開關(guān)222以及指示啟動用于保持打印頭151的良好排墨性能的處理(恢復(fù)處理)的恢復(fù)開關(guān)223。傳感器組230包括位置傳感器231(例如用于檢測起始位置h的光電耦合器)以及設(shè)置在打印裝置的適當(dāng)位置以檢測環(huán)境溫度的溫度傳感器232?；茈姍C(jī)驅(qū)動器240驅(qū)動滑架電機(jī)Ml沿箭頭A所示的方向往復(fù)掃描滑架152。輸送電機(jī)驅(qū)動器241驅(qū)動輸送電機(jī)M2以輸送打印介質(zhì)P。在打印頭151的打印掃描時，ASIC 203在直接訪問ROM 202的存儲區(qū)域的同時， 將打印元件(排出加熱器)驅(qū)動數(shù)據(jù)DATA傳送到打印頭151。請注意，在圖15所示的配置中，墨盒156與打印頭151是可分離的，但是可以合為一體以構(gòu)成可交換的頭盒。雖然參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實(shí)施例。應(yīng)對所附權(quán)利要求的范圍給予最寬的解釋，以使其覆蓋所有變型、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種打印裝置，所述打印裝置包括對內(nèi)置有溫度傳感器的打印頭進(jìn)行控制的控制單元以及將所述打印頭與所述控制單元連接的線纜，所述打印裝置包括第一信號線路和第二信號線路，其被配置為分別布局在所述線纜上，生成與所述打印頭的溫度相對應(yīng)的電壓，并且與所述溫度傳感器連接；差分放大器電路，其被配置為內(nèi)置在所述控制單元中，并對所述第一信號線路與所述第二信號線路之間的電壓差進(jìn)行放大以輸出放大的電壓差作為所述打印頭的溫度信息；以及匹配電路，其被配置為通過在所述打印頭中、將所述第一信號線路和所述第二信號線路中的一個經(jīng)由電阻器接地，來使所述第一信號線路的配線阻抗和所述第二信號線路的配線阻抗相互匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印裝置，其中所述溫度傳感器為PNP晶體管，所述第一信號線路將所述晶體管的基極端子與所述差分放大器電路的輸入端子連接，所述第二信號線路將所述晶體管的發(fā)射極端子與所述差分放大器電路的另一輸入端子連接，并且所述電阻器被連接在所述晶體管的接地集電極端子與所述基極端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印裝置，其中所述溫度傳感器為NPN晶體管，所述第一信號線路將所述晶體管的基極端子與所述差分放大器電路的輸入端子連接，所述第二信號線路將所述晶體管的發(fā)射極端子與所述差分放大器電路的另一輸入端子連接，并且所述電阻器被連接在所述晶體管的連接電源的集電極端子與所述基極端子之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印裝置，其中，所述打印裝置為噴墨打印裝置。
5.一種打印裝置，所述打印裝置包括對內(nèi)置有溫度傳感器的打印頭進(jìn)行控制的控制單元以及將所述打印頭與所述控制單元連接的線纜，所述打印裝置包括第一信號線路和第二信號線路，其被配置為分別布局在所述線纜上，生成與所述打印頭的溫度相對應(yīng)的電壓，并且與所述溫度傳感器連接；差分放大器電路，其被配置為內(nèi)置在所述控制單元中，并對所述第一信號線路與所述第二信號線路之間的電壓差進(jìn)行放大以輸出放大的電壓差作為所述打印頭的溫度信息；以及電路，其被配置為在所述打印頭中、將所述打印頭的接地端經(jīng)由電阻器與所述第一信號線路和所述第二信號線路中的一個連接，以使得所述第一信號線路的配線阻抗和所述第二信號線路的配線阻抗相等。
全文摘要
本發(fā)明提供打印裝置。所述打印裝置包括對內(nèi)置溫度傳感器的打印頭進(jìn)行控制的控制單元以及將所述打印頭與所述控制單元連接的柔性線纜。所述柔性線纜包括生成與所述打印頭的溫度相對應(yīng)的電壓，并且與所述溫度傳感器連接的第一信號線路和第二信號線路。所述控制單元內(nèi)置的差分放大器電路對所述第一信號線路與所述第二信號線路之間的電壓差進(jìn)行放大以輸出放大的電壓差作為所述打印頭的溫度信息。匹配電路通過在所述打印頭中、將所述第一信號線路和所述第二信號線路中的任意一個經(jīng)由電阻器接地，來使所述第一信號線路的配線阻抗和所述第二信號線路的配線阻抗相互匹配。
文檔編號B41J2/045GK102371762SQ2011101928
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者增田和則 申請人:佳能株式會社