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TWI688841B - 利用電容特性操作之移位電路及其列印頭與列印裝置 - Google Patents

利用電容特性操作之移位電路及其列印頭與列印裝置 Download PDF

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TWI688841B
TWI688841B TW107143155A TW107143155A TWI688841B TW I688841 B TWI688841 B TW I688841B TW 107143155 A TW107143155 A TW 107143155A TW 107143155 A TW107143155 A TW 107143155A TW I688841 B TWI688841 B TW I688841B
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thyristors
capacitor
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王建智
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虹光精密工業股份有限公司
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Abstract

本案揭示一種利用電容特性操作之移位電路及包含此移位電路之列印頭與列印裝置。移位電路包含電源訊號線、接地訊號線、第一移位訊號線、第二移位訊號線、複數二極體、複數接地電阻、複數閘流體、串聯電阻及電容。電容連接於第一個閘流體之閘極與第一移位訊號線之間，俾使電容於第一移位訊號線之第一時脈訊號之休息期間內充電，並於休息期間轉換為作用期間之際開始放電且於作用期間內放電完畢，令第一個閘流體有足夠的閘極電壓可啟動，而在移位之後因電容特性讓第一個閘流體之閘極電壓不影響後續的移位動作。

Description

利用電容特性操作之移位電路及其列印頭與列印裝置
本案是有關於一種列印頭，特別是有關於一種提昇列印解析度之列印頭與方法。
目前，列印頭中具有數十個發光晶片，每個發光晶片均需要數條訊號線，以對各個發光晶片進行發光控制，因此，如能盡可能的減少訊號線數量將可減少連接訊號線的複雜度。
本案提供一種利用電容特性操作之移位電路及包含此移位電路之列印頭與列印裝置。移位電路包含電源訊號線、接地訊號線、第一移位訊號線、第二移位訊號線、複數二極體、複數接地電阻、複數閘流體、串聯電阻及電容。電源訊號線用以接收一操作電壓。接地訊號線用以取得一接地準位。第一移位訊號線用以接收一第一時脈訊號，第一時脈訊號之週期內包含一作用期間及一休息期間。第二移位訊號線用以接收一第二時脈訊號。複數二極體以頭尾相接方式串聯。各閘流體包含一陰極、一陽極及一閘極，各陽極連接於電源訊號線，各閘極一對一地經由接地電阻連接至接地訊號線，且各閘極分別連接於各二極體之一端，使得各二極體連接 於二相鄰之閘流體之閘極之間，其中奇數排序之閘流體之陰極連接於第一移位訊號線，偶數排序之閘流體之陰極連接於第二移位訊號線。串聯電阻連接於第一個閘流體之閘極與第一電源訊號線之間。電容連接於第一個閘流體之閘極與第一移位訊號線之間，俾使電容於第一時脈訊號之休息期間內充電，並於休息期間轉換為作用期間之際開始放電且於作用期間內放電完畢。
綜上所述，藉由應用本案之實施例，可降低發光晶片外的連接線路複雜度，並可降低成本。
100:感光鼓
200:透鏡陣列
210:透鏡單元
300:發光模組
310:發光晶片
311:發光元件
400:驅動電路
VCC:電源訊號線
GND:接地訊號線
φ1:第一移位訊號線
φ2:第二移位訊號線
D1、D2、D3、D4、D5:二極體
Rg1、Rg2、Rg3、Rg4、Rg5:接地電阻
Rc:串聯電阻
R1、R2:限流電阻
T1、T2、T3、T4、T5:閘流體
C:電容
Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5:節點
t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9:時間區間
tc:充電期間
td:放電期間
[圖1]為本案一實施例之列印頭感光示意圖。
[圖2]為本案一實施例之列印頭之方塊示意圖。
[圖3]為本案一實施例之移位電路示意圖。
[圖4]為本案一實施例之訊號示意圖。
[圖5]為圖4中時間區間t1之狀態示意圖。
[圖6]為圖4中時間區間t2之狀態示意圖。
[圖7]為圖4中時間區間t3之狀態示意圖。
[圖8]為圖4中時間區間t4之狀態示意圖。
[圖9]為圖4中時間區間t5之狀態示意圖。
[圖10]為圖4中時間區間t6之狀態示意圖。
[圖11]為圖4中時間區間t7之狀態示意圖。
[圖12]為圖4中時間區間t8之狀態示意圖。
[圖13]為本案另一實施例之移位電路示意圖。
[圖14]為本案又一實施例之移位電路示意圖。
以下將以圖式揭露本案的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本案。也就是說，在本案部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
參照圖1，係為本案一實施例之列印頭感光示意圖。列印頭包含發光模組300與透鏡陣列200，用以朝向感光鼓100輸出光。感光鼓100接收光線之處將產生光電效應而可吸附碳粉，藉此可列印文件。發光模組300包含複數發光晶片310。每一發光晶片310包含複數發光元件311，發光元件311係為發光閘流體。發光晶片310係呈長型，此些發光元件311沿所在發光晶片310之長軸成串排列。發光模組300也呈長型，發光晶片310沿發光模組300的長軸兩旁交錯地排列。透鏡陣列200包含複數透鏡單元210，係對應於發光元件311而成兩列排列，以對應接收發光元件311輸出的光(如圖中箭頭之示意)。藉此，可校準光線而輸出至感光鼓100(如圖中箭頭之示意)。在此，雖發光晶片310分置於發光模組300之長軸兩側，然而巨觀來看，對感光鼓100之曝光係為一直線。換言之，非但各發光晶片310上的發光元件311是以列印解析度之密度成串排列；巨觀來看，此些發光晶片310之發光元件311也是以對應於列印解析度之密度成串排列。亦即，發光元件311之間的密度(發光晶片310之長軸方向)為 單位長度內之發光元件311數量，一般常以dpi(dots per inch，每一英吋的點數量)為單位。在此，列印解析度以600dpi為例。
參照圖2，係為本案一實施例之列印頭之方塊示意圖。列印頭還包含驅動電路400。驅動電路400連接於發光模組300中各個發光晶片310之發光元件311，而可驅動發光元件311循序點亮。以下說明其動作原理。所述列印頭係可設置於列印裝置中，如印表機、影印機等。
參照圖3，係為本案一實施例之移位電路示意圖(未繪出的部份因其重複性質而予以省略)。發光晶片310上，具有利用電容特性操作之移位電路。換言之，在此，移位電路是集成在積體電路上。該移位電路包含電源訊號線VCC、接地訊號線GND、第一移位訊號線φ1及第二移位訊號線φ2，以與驅動電路400連接而受驅動電路400控制。參照圖4，係為本案一實施例之訊號示意圖。電源訊號線VCC連接至驅動電路400，用以接收一操作電壓(如3.3伏特)。接地訊號線GND連接至驅動電路400，用以取得接地準位(於此未特別繪出)。第一移位訊號線φ1用以接收第一時脈訊號，第一時脈訊號之週期內包含一作用期間(on time，或稱「高準位期間」)及一休息期間(off time，或稱「低準位期間」)。第二移位訊號線φ2用以接收第二時脈訊號，其週期內同樣包含一作用期間與一休息期間。第一時脈訊號與第二時脈訊號間具有一延遲時間，使得在一個時間區間內，兩者同時為低準位(如時間區間t3、t5、t7)；在一個時間區間內，第一時脈訊號為高準位且第二時脈訊號為低準位(如時間區間t4、t8)；在一個時間區間內，第一時脈訊號為低準位且第二時脈訊號為高準 位(如時間區間t2、t6)。並且，第一時脈訊號與第二時脈訊號之占空比小於0.5，意即作用期間小於休息期間。
如圖3所示，移位電路還包含複數二極體D1~Dn(n為正整數，於此僅繪出D1~D5)、複數接地電阻Rg1~Rgm(m為正整數，於此僅繪出Rg1~Rg5)、複數閘流體T1~Tk(k為正整數，於此僅繪出T1~T5)、串聯電阻Rc、限流電阻R1、R2及電容C。限流電阻R1、R2分別串接於第一移位訊號線φ1及第二移位訊號線φ2，以避免其上電流過大而傷害其他元件。二極體D1~Dn以頭尾相接方式串聯，亦即前級二極體Dn-1之陰極連接後級二極體Dn之陽極。閘流體Tk包含陰極、陽極及閘極。陽極連接於電源訊號線VCC。閘極一對一地經由接地電阻Rgm連接至接地訊號線GND，例如閘流體T1之閘極連接接地電阻Rg1的一端，接地電阻Rg1的另一端連接至接地訊號線GND，以此類推。閘流體T1~Tk之閘極還分別連接於各二極體D1~Dn之一端，使得各二極體D1~Dn連接於二相鄰之閘流體T1~Tk之閘極之間。例如，二極體D1連接於閘流體T1、T2之閘極之間。奇數排序之閘流體(如T1、T3、T5)之陰極連接於第一移位訊號線φ1，偶數排序之閘流體(如T2、T4、T6)之陰極連接於第二移位訊號線φ2。
串聯電阻Rc連接於第一個閘流體T1之閘極與電源訊號線VCC之間，以與接地電阻Rg1相互串聯，藉以形成分壓電路。電容C連接於第一個閘流體T1之閘極與第一移位訊號線φ1之間，俾使電容C於第一時脈訊號之休息期間內充電(充電期間tc)，並於休息期間轉換為作用期間之際開始放電且於作用期間內放電完畢(放電期間td)，於後將再詳細說明。
合併參照圖4及圖5，圖5為圖4中時間區間t1之狀態示意圖。在初始狀態，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號為高準位狀態，第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號也同樣為高準位狀態。因此，各閘流體Tk之陰極皆為高準位，如3.3伏特。由於串聯電阻Rc與接地電阻Rg1形成分壓電路，使得其間之節點Nd1(即第一個閘流體T1之閘極)為其分壓準位。在此，透過串聯電阻Rc與接地電阻Rg1之間的阻值比例，節點Nd1之電壓為2.8伏特。由於本實施例之串聯電阻Rc是集成在積體電路，如做成較低電阻值將需要相當大的面積，因此串聯電阻Rc的電阻值一般在5k至25k歐姆的範圍。串聯電阻Rc與第一個接地電阻Rg1之比值範圍為1/10至2/5，例如1/4。二極體D1~Dn之障壁電壓之範圍可為1.0伏特至2.0伏特之間，於此為1.2伏特。因此，二極體D1、D2導通，節點Nd2之電壓為1.6伏特，節點Nd3之電壓為0.4伏特，其餘的節點Ndx之電壓為0伏特(x為正整數，於此僅繪出Nd1~Nd5)。是以，各個閘流體Tk之閘極與陰極之間均無法獲得順向偏壓，因此各個閘流體Tk均為關閉。
合併參照圖4及圖6，圖6為圖4中時間區間t2之狀態示意圖。在時間區間t2中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號為轉變為低準位狀態，第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號仍然為高準位狀態。由於第一時脈訊號為低準位狀態(即0伏特)且電容C內未儲有電量，因此節點Nd1瞬間降為0伏特。接著，流經串聯電阻Rc的電流持續對電容C充電。當電容C持續充電經過前述之充電期間tc之際，節點Nd1之電壓達到能使第一個閘流體T1導通之導通電壓，使得節點Nd1之電壓瞬間因閘流體T1導通而上升至操作電壓(即3.3伏特)。因此，節點Nd2的電壓由1.6伏 特轉變為2.1伏特，節點Nd3的電壓由0.4伏特轉變為0.9伏特，其餘節點Ndx則為0伏特，二極體D1、D2仍維持導通狀態。除了第一個閘流體T1之外的其他閘流體Tk則因無法獲得順向偏壓而維持關閉。
合併參照圖4及圖7，圖7為圖4中時間區間t3之狀態示意圖。在時間區間t3中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號與第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號均為低準位狀態。因此，第一個閘流體T1同樣維持導通狀態，節點Nd1之電壓依舊為3.3伏特。由前述時間區間t2之說明可以知道，節點Nd2之電壓比節點Nd4之電壓高，因此在時間區間t3中，由於第二時脈訊號為低準位狀態，使得第二個閘流體T2之閘極與陰極之間獲得順向偏壓，因此第二個閘流體T2導通，使得節點Nd2之電壓由2.1伏特轉變為操作電壓(3.3伏特)。節點Nd3的電壓由0.9伏特轉變為2.1伏特，節點Nd4的電壓由0伏特轉變為0.9伏特，其餘節點Ndx則為0伏特。二極體D1接收逆向偏壓而關閉，二極體D2、D3接收順向偏壓而為導通狀態，其餘之二極體Dn則為關閉。其他閘流體Tk則因無法獲得順向偏壓而維持關閉。
合併參照圖4及圖8，圖8為圖4中時間區間t4之狀態示意圖。在時間區間t4中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號轉變為高準位狀態，第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號維持為低準位狀態。此時，由於第一個閘流體T1之陽極與陰極均接收到3.3伏特，因此第一個閘流體T1關閉。於是第一個閘流體T1的導通期間為時間區間t2、t3。由於第一個閘流體T1關閉，於是串聯電阻Rc與接地電阻Rg1再次形成電流路徑，並且形成電容C之放電路徑，於是節點Nd1因為電容C的跨壓而瞬間抬升 (於此為4伏特)，並隨電容C放電而漸變為分壓電路之分壓準位(於此為2.8伏特)。另一方面，第二個閘流體T2之陽極接收操作電壓，而陰極仍維持低準位狀態，因此第二個閘流體T2仍保持導通，使得節點Nd2之電壓仍維持在操作電壓(於此為3.3伏特)。其餘節點的電壓狀態與時間區間t3相同，節點Nd3之電壓為2.1伏特，節點Nd4的電壓為0.9伏特，其餘節點Ndx則為0伏特。二極體D1接收逆向偏壓而關閉，二極體D2、D3接收順向偏壓而為導通狀態，其餘之二極體Dn則為關閉。其他閘流體Tk則因無法獲得順向偏壓而維持關閉。
合併參照圖4及圖9，圖9為圖4中時間區間t5之狀態示意圖。在時間區間t5中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號與第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號再次回到均為低準位的狀態。在時間區間t4之中，雖然節點Nd1之電壓較節點Nd3之電壓高，然而，在進入時間區間t5時，第二時脈訊號變為低準位狀態，且電容C放電完畢而無跨壓，使得節點Nd1之電壓瞬間變為0伏特。於是，節點Nd3之電壓較節點Nd1、Nd5高，因此第三個閘流體T3會優先導通，達到移位的效果。換言之，本案透過在第一時脈訊號之作用期間內對電容C放電完畢，以於第一時脈訊號進入休息期間之際，讓第一個閘流體T1之閘極電壓低於欲移位導通的閘流體(於此為第三個閘流體T3)之閘極電壓，而能順利移位導通下一個閘流體。另一方面，第二個閘流體T2之陽極接收操作電壓，而陰極仍維持低準位狀態，因此第二個閘流體T2仍保持導通，使得節點Nd2之電壓仍維持在操作電壓(於此為3.3伏特)。於此，節點Nd3之電壓同樣因第三個閘流體T3導通而為操作電壓(3.3伏特)，節點Nd4之電壓為2.1伏特，節點Nd5 之電壓為0.9伏特，其餘之節點Ndx之電壓為0伏特。於是二極體D1、D2關閉，二極體D3、D4導通，其餘之二極體Dn維持關閉。其他閘流體Tk則因無法獲得順向偏壓而維持關閉。
合併參照圖4及圖10，圖10為圖4中時間區間t6之狀態示意圖。在時間區間t6中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號維持低準位狀態，而第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號則轉變為高準位狀態。此時，由於第二個閘流體T2之陽極與陰極均為高準位狀態，因此第二個閘流體T2關閉。而第三個閘流體T3則仍維持導通狀態。值得注意的是，節點Nd1為串聯電阻Rc與接地電阻Rg1所構成之分壓電路之分壓電位(於此為2.8伏特)，二極體D1導通，經過二極體D1之跨壓，節點Nd2之電壓為1.6伏特。節點Nd3之電壓因第三個閘流體T3導通而為操作電壓(於此為3.3伏特)，因此二極體D2關閉。節點Nd4、Nd5之電壓依序為2.1伏特及0.9伏特。因此，節點Nd4之電壓較節點Nd2、Nd6之電壓高，於是當進入下個時間區間(即時間區間t7)後，第二時脈訊號轉變為低準位狀態時，第四閘流體T4將優先導通，而可順利位移(如圖11所示)。
合併參照圖4及圖11，圖11為圖4中時間區間t7之狀態示意圖。在時間區間t7中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號與第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號均維持低準位狀態。如前述，第四個閘流體T4優先導通，而第三個閘流體T3也維持導通狀態。因此節點Nd3、Nd4之電壓均為操作電壓(3.3伏特)。而節點Nd1、Nd2之電壓則如前述分別為2.8伏特及1.6伏特。節點Nd5、Nd6之電壓也因二極體D4、D5之跨壓分 別為2.1伏特及0.9伏特。因此，二極體D1、D4、D5導通，其餘之二極體Dn關閉。
合併參照圖4及圖12，圖12為圖4中時間區間t8之狀態示意圖。在時間區間t8中，第一移位訊號線φ1傳送之第一時脈訊號轉變為高準位狀態，第二移位訊號線φ2傳送之第二時脈訊號則維持低準位狀態。因此，第三個閘流體T3之陽極與陰極皆為高準位狀態，使得第三個閘流體T3關閉。第四個閘流體T4則繼續導通。而在下一個時間區間(即時間區間t9)時，欲使第五個閘流體T5導通，如前述時間區間t2之說明，由於電容C已於時間區間t8放電完畢，因此進入時間區間t9時節點Nd1之電壓瞬間降至低準位狀態，因此節點Nd1、Nd3之電壓均會低於節點Nd5之電壓，於是第五個閘流體T5將可順利導通以完成移位。
參照圖13，係為本案另一實施例之移位電路示意圖。相較於前述實施例，本實施例的二極體Dn、接地電阻Rgm、閘流體Tk及串聯電阻Rc是集成在積體電路(即發光晶片310)上，而電容C不位於該積體電路上。
參照圖14，係為本案又一實施例之移位電路示意圖。相較於前述實施例，本實施例的二極體Dn、接地電阻Rgm、閘流體Tk是集成在積體電路(即發光晶片310)上，而電容C及串聯電阻Rc不位於該積體電路上。
由上述說明應可理解本案之移位電路如何完成移位動作。前述之閘流體Tk即為前述之發光元件311，亦即閘流體Tk為發光閘流體。本案透過電容C及分壓電路之巧妙設置，可令第一個閘流體T1有足夠的閘 極電壓可啟動，而在移位之後因電容C特性讓第一個閘流體T1之閘極電壓不影響後續的移位動作，而無需另外連接一啟動訊號線至第一個閘流體T1的閘極，來提供控制訊號，可降低發光晶片310外的連接線路複雜度，並可降低成本。
310:發光晶片
VCC:電源訊號線
GND:接地訊號線
φ1:第一移位訊號線
φ2:第二移位訊號線
D1、D2、D3、D4、D5:二極體
Rg1、Rg2、Rg3、Rg4、Rg5:接地電阻
Rc:串聯電阻
R1、R2:限流電阻
T1、T2、T3、T4、T5:閘流體
C:電容
Nd1、Nd2、Nd3、Nd4、Nd5:節點

Claims (8)

  1. 一種利用電容特性操作之移位電路，包含： 一電源訊號線，用以接收一操作電壓； 一接地訊號線，用以取得一接地準位； 一第一移位訊號線，用以接收一第一時脈訊號，該第一時脈訊號之週期內包含一作用期間及一休息期間； 一第二移位訊號線，用以接收一第二時脈訊號； 複數二極體，以頭尾相接方式串聯； 複數接地電阻； 複數閘流體，各該閘流體包含一陰極、一陽極及一閘極，各該陽極連接於該電源訊號線，各該閘極一對一地經由該接地電阻連接至該接地訊號線，且各該閘極分別連接於各該二極體之一端，使得各該二極體連接於二相鄰之該些閘流體之該閘極之間，其中奇數排序之該些閘流體之該陰極連接於該第一移位訊號線，偶數排序之該些閘流體之該陰極連接於該第二移位訊號線； 一串聯電阻，連接於第一個該閘流體之該閘極與該電源訊號線之間；以及 一電容，連接於第一個該閘流體之該閘極與該第一移位訊號線之間，俾使該電容於該第一時脈訊號之該休息期間內充電，並於該休息期間轉換為該作用期間之際開始放電且於該作用期間內放電完畢。
  2. 如請求項1所述之利用電容特性操作之移位電路，其中該串聯電阻與第一個該接地電阻之比值範圍為1/10至2/5。
  3. 如請求項1所述之利用電容特性操作之移位電路，其中該二極體之障壁電壓之範圍為1.0伏特至2.0伏特之間。
  4. 如請求項1所述之利用電容特性操作之移位電路，其中該移位電路是集成在一積體電路上。
  5. 如請求項1所述之利用電容特性操作之移位電路，其中該些二極體、該些接地電阻及該些閘流體是集成在一積體電路上。
  6. 如請求項1所述之利用電容特性操作之移位電路，其中該些二極體、該些接地電阻、該些閘流體及該串聯電阻是集成在一積體電路上，該電容不位於該積體電路上。
  7. 一種列印頭，包含如請求項1至6中任一項所述之該移位電路，其中該些閘流體為發光閘流體。
  8. 一種印表機，包含一列印頭，該列印頭包含如請求項1至6中任一項所述之該移位電路，其中該些閘流體為發光閘流體。
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