BRPI0707017A2 - célula eprom em um circuito de controle de cabeça de impressão - Google Patents

Abstract

CELULA EPROM EM UM CIRCUITO DE CONTROLE DE CABEçA DE IMPRESSAO. Uma célula EPROM (270) num circuito de controle para uma impressora a jato de tinta, tendo exatamente uma camada de polisilício (256) e uma camada condutiva (260) disposta acima da camada de polisilício, inclui um transistor de controle (272) e um transistor EPROM (274) Os transistores de controle e EPROM possuem, cada um, portas flutuantes (280, 282) compreendendo uma porção da camada de polisilício (256) e uma interconexão elétrica compreendendo uma porção da camada condutiva (260) , que interconecta a porta flutuante (280) do transistor de controle (272) e a porta flutuante (282) do transistor EPROM (274)

Description

"CÉLULA EPROM EM UM CIRCUITO DE CONTROLE DE CABEÇA DEIMPRESSÃO".

Histórico da Invenção

Um sistema de impressão a jato de tinta é um tipo dedispositivo ejetor de fluido, e inclui uma cabeça deimpressão, um suprimento de tinta, e um controladoreletrônico que controla a cabeça de impressão.

A cabeça de impressão ejeta gotas de tinta líquidaatravés de uma série de orifícios ou bicos injetores,dispostos numa matriz, aquecendo rapidamente pequenosvolumes de tinta localizados nas câmaras de vaporização.

A tinta é aquecida com pequenos aquecedores elétricos,tais como resistores de película fina ou resistores dedisparo. 0 aquecimento da tinta faz com que uma porção datinta líquida vaporize e com isso ejete uma única gotaatravés do bico injetor para uma folha de meio deimpressão, tal como uma folha de papel, para imprimir umaimagem. Os bicos injetores de tinta são tipicamentedispostos em um ou mais grupos na matriz da cabeça deimpressão, de forma que uma ejeção adequadamenteseqüenciada de tinta dos bicos injetores faça com quecaracteres ou outras imagens a serem impressos, à medidaque a cabeça de impressão escaneia o meio de impressão.

Para ejetar cada gota de tinta, o controlador eletrônicoque controla a cabeça de impressão ativa uma correnteelétrica a partir de um suprimento de energia externo àcabeça de impressão. A corrente elétrica passa por umresistor de disparo selecionado para aquecer a tinta numacâmara de vaporização selecionada correspondente e ejetaa tinta através de um bico injetor correspondente. Osgeradores de gotas conhecidos incluem um resistor dedisparo, uma câmara de vaporização correspondente, e umbico injetor correspondente.

Em sistemas de impressão a jato de tinta, é desejável quehaja diversas características de cada cartucho deimpressão facilmente identificáveis por um controlador, etambém informações de identificação fornecidasdiretamente pelo cartucho de impressão. Essas"informações de identificação" podem fornecer informaçõesao controlador para ajuste da operação da impressora epara garantir uma operação correta. Adicionalmente, àmedida que aumentam os diferentes tipos de dispositivosejetores de fluido e seus parâmetros de operação, crescea necessidade de se prover uma quantidade maior deinformações de identificação sem adicionar outrasinterconexões ao circuito de lingüeta flexível ouaumentar o tamanho da matriz para prover tais informaçõesde identificação.

Por essas e outras razões, células de identificação decaneta foram desenvolvidas e integradas ao conjunto aocircuito de matrizes de cabeça de impressão a jato detinta. Em uma configuração, o sistema de circuitos decabeça de impressão é um circuito semicondutor metal-óxido de canal negativo (NMOS) e as células deidentificação são configuradas para serem endereçadasindividualmente. Cada célula de identificação inclui umbit de identificação que armazena um bit de informação.

Os bits de identificação das células de identificaçãotipicamente empregam fusíveis e, embora eles sejamdiferentes dos chips programáveis padrão de memóriasomente de leitura (PROM), esses bits são programados eusados basicamente da mesma forma. Para programar o chip,uma corrente relativamente alta é seletivamenteencaminhada para certos fusíveis para queimá-los. Os bitsnos quais os fusíveis permanecem ativos apresentam umvalor de 1, ao passo que os bits nos quais os fusíveisforam queimados provêem um valor de 0 na lógica bináriado circuito.

A programação e o uso de chips ROM desta forma apresentaalgumas desvantagens. Se um chip é inicialmenteprogramado de forma inadequada, não há como repará-lo, eele é descartado. Adicionalmente, os fusíveis sãorelativamente grandes e podem não ser confiáveis. Emcircuitos de cabeça de .impressão a jato de tinta, porexemplo, os fusíveis podem danificar a camada do orifíciode jato de tinta durante a programação, e após a queimade um fusível, resíduos metálicos do mesmo podem serarrastados para a tinta e causar bloqueio de uma canetade impressão, ou resultar em qualidade de impressãoinsatisfatória.

Nos últimos anos, foram também desenvolvidos dispositivoseletronicamente programáveis de memória somente deleitura (EPROM). Ao contrário dos chips PROM, os chipsEPROM não contém fusíveis. Como chips ROM típicos, osEPROMs incluem uma grade condutora de colunas efileiras. A célula em cada intersecção possui duas portasseparadas uma da outra por uma camada fina de óxido queatua como um dielétrico. Uma das portas é denominadaporta flutuante, e a outra é denominada porta de controleou porta de entrada. A única ligação da porta deflutuante com a fileira é através da porta de controle.

Um EPROM em branco tem todas as portas inteiramenteabertas, conferindo a cada célula o valor de 1. Ou seja,a porta flutuante não possui carga inicialmente, o quefaz com que a tensão limite seja baixa.

Para mudar o valor do bit para 0, uma tensão deprogramação (ex: de 10 a 16 volts) é aplicada à porta decontrole e ao dreno. Essa tensão de programação arrastaelétrons excitados para a porta flutuante, aumentandoassim a tensão limite. Os elétrons excitados sãoempurrados e capturados do outro lado da camada fina deoxido, o que lhe confere uma carga negativa. Esseselétrons negativamente carregados atuam como uma barreiraentre a porta de controle e a porta flutuante. Durante ouso da célula EPROM, um sensor de célula monitora atensão limite da célula. Se a tensão limite for baixa(abaixo do nível limite), a célula tem o valor de 1. Se atensão limite for alta (acima do nível limite) a célulatem o valor zero.

Devido ao fato de as células EPROM possuírem duas portasem cada intersecção, um chip EPROM requer camadasadicionais se comparado com um chip padrão NMOS ou PROM,incluindo muitos desses chips que são usadosfreqüentemente em circuitos de cabeça de impressão a jatode tinta. Conseqüentemente, embora possam ser eliminadasalgumas desvantagens dos fusíveis em circuitos NMOSmediante a aplicação de sistema de circuitos EPROM, o usode uma célula EPROM típica requer ou que o chip sejaprovido de camadas adicionais, o que aumenta o custo e acomplexidade do chip, ou que um chip EPROM separado sejaprovido.

Breve descrição dos desenhos

Diversas características e vantagens da invenção serãoevidentes com base na descrição abaixo, consideradajuntamente com os desenhos em anexo, que juntos ilustram,para fins de exemplo, as características da invenção,onde:

A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma concretizaçãode um sistema de impressão a jato de tinta;

A Figura 2 é um diagrama ilustrando uma porção de umaconcretização de uma matriz de cabeça de impressão;

A Figura 3 é um diagrama esquemático ilustrando umaconcretização de uma série("array") de células de disparode cabeça de impressão a jato de tinta;

A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma concretizaçãode uma célula de identificação numa concretização de umamatriz de cabeça de impressão;

A Figura 5 é um diagrama esquemático de um transistorEPROM típico;

A Figura 6 é uma vista em corte transversal mostrando ascamadas do sistema de circuitos num chip EPROM típico;

A Figura 7 é uma vista em corte transversal mostrando ascamadas em uma concretização de uma matriz de cabeça deimpressão a jato de tinta provendo o sistema de circuitosmostrado na Figura 3;

A Figura 8 é um diagrama esquemático de uma concretizaçãode célula EPROM acoplada a porta que pode ser adaptadapara uso como bit de identificação no sistema decircuitos de cabeça de impressão da Fig. 4;

A Figura 9 é um diagrama esquemático de uma concretizaçãode célula de identificação tendo um bit de identificaçãoEPROM acoplado a porta;e

A Figura 10 é um diagrama esquemático de uma série decélulas EPROM acopladas a porta para um circuito decabeça de impressão.

Descrição detalhada da invenção

Faz-se agora referência a concretizações representativasilustradas nos desenhos, sendo aqui usada a linguagemespecífica para descrever as mesmas. Todavia, ficaentendido que a intenção não é a de restringir o escopoda invenção. Alterações e outras modificações dascaracterísticas inventivas aqui ilustradas, e aplicaçõesadicionais dos princípios da invenção, conforme aquiilustradas, que serão evidentes aos habilitados natécnica e de posse da presente descrição, devem serconsideradas como incluídas no escopo da invenção.

A Figura 1 mostra um diagrama de blocos de umaconcretização de um sistema de impressão a jato de tinta20. 0 sistema de impressão a jato de tinta geralmenteinclui um conjunto de cabeça de impressão a jato de tinta22, e um conjunto de suprimento de fluido, tal como oconjunto de suprimento de tinta 24. 0 sistema deimpressão a jato de tinta também inclui um conjunto demontagem 26, um conjunto de transporte de mídia 2 8 e umcontrolador eletrônico 30. Um suprimento de energia 32fornece energia aos diversos componentes elétricos dosistema.

Na concretização mostrada na Fig. 1, o conjunto decabeça de impressão a jato de tinta 22 inclui pelo menosuma cabeça de impressão ou matriz de cabeça de impressãoque ejeta gotas de tinta através de uma pluralidade deorifícios ou bicos injetores 34 para um meio de impressão36, para imprimir sobre o meio de impressão. 0 meio deimpressão pode ser qualquer tipo de material em folhaapropriado, tal como papel, cartão de visita,transparências, Mylar®, tecido, e similares.

Tipicamente, os bicos injetores 34 são dispostos em umaou mais colunas ou fileiras de forma que a ejeçãoadequadamente seqüenciada de tinta dos bicos injetoresfaça com que caracteres, símbolos e/ou outros gráficos ouimagens sejam impressos sobre o meio de impressão, àmedida que o conjunto de cabeça de impressão a jato detinta e o meio de impressão são movidos entre si. Acabeça de impressão 40 é uma concretização de umdispositivo ejetor de fluido. Embora a descrição a seguirrefira-se à ejeção de tinta do conjunto de cabeça deimpressão 22, fica entendido que outros líquidos, fluidosou materiais escoáveis, incluindo fluido incolor, podemser ejetados do conjunto de cabeça de impressão.O conjunto de suprimento de tinta 24 é uma concretizaçãoe um conjunto de suprimento de tinta e prove tinta para oconjunto de cabeça de impressão 22. O conjunto desuprimento de tinta inclui um reservatório 38 paraarmazenar a tinta, que flui do reservatório para oconjunto de cabeça de impressão a jato de tinta. Oconjunto de suprimento de tinta e o conjunto de cabeçade impressão a jato de tinta podem formar um sistema dedistribuição de tinta de via única ou um sistema dedistribuição de tinta recirculante. Num sistema dedistribuição de tinta de via única, substancialmente todaa tinta suprida ao conjunto de cabeça de impressão a jatode tinta é consumida durante a impressão. Num sistema dedistribuição de tinta recirculante, apenas uma porção datinta suprida ao conjunto de cabeça de impressão éconsumida durante a impressão. Nesse sistema, a tinta nãoconsumida durante a impressão é devolvida ao conjunto desuprimento de tinta.

Em uma concretização do sistema de impressão a jato detinta, o conjunto de cabeça de impressão a jato de tinta22 e o conjunto de suprimento de tinta 24 são armazenadosjuntos num cartucho ou caneta de impressão a jato detinta. Alternativamente, o conjunto de suprimento detinta pode ser separado do conjunto de cabeça deimpressão a jato de tinta e fornecem tinta para oconjunto de cabeça de impressão a jato de tinta atravésde uma conexão interf aceada, tal como um tubo desuprimento (não mostrado). Em qualquer concretização, oreservatório 3 8 pode ser removido, substituído e/ourecarregado.

0 conjunto de montagem 26 posiciona o conjunto de cabeçade impressão a jato de tinta 22 em relação ao conjuntode transporte de mídia 28, que posiciona o meio deimpressão 36 em relação ao conjunto de cabeça deimpressão a jato de tinta. Uma zona de impressão 37 éassim definida nas adjacências dos bicos 34 numa áreaentre o conjunto de cabeça de impressão a jato de tinta eo meio de impressão. O conjunto de cabeça de impressão ajato de tinta pode ser um conjunto de cabeça de impressãodo tipo escaneador, no qual o conjunto de montagem incluium carro (não mostrado) para mover o conjunto de cabeçade impressão a jato de tinta em relação ao conjunto detransporte de mídia para escanear o meio de impressão.

Alternativamente, o conjunto de cabeça de impressão podeser um conjunto de cabeça de impressão do tipo nãoescaneador, no qual o conjunto de montagem fixa oconjunto de cabeça de impressão a jato de tinta numaposição prescrita em relação ao conjunto de transporte demídia 28.

0 controlador eletrônico ou controlador da impressora 3 0tipicamente inclui um processador, um "firmware" (sistemaoperativo da unidade de hardware) ou outros dispositivoseletrônicos ou qualquer combinação dos mesmos, paracomunicação com e controle do conjunto de cabeça deimpressão a jato de tinta 22, o conjunto de montagem 26 eo conjunto de transporte de mídia 28. O controladoreletrônico recebe dados 39 de um sistema hospedeiro, talcomo um computador, e geralmente inclui memória (nãomostrada) para armazenar temporariamente os dados.

Tipicamente, os dados são enviados para o sistema deimpressão a jato de tinta 20 por via eletrônica,infravermelha, óptica ou outra via de transferência deinformações. Os dados representam, por exemplo, umdocumento a ser impresso, e inclui um ou mais comandose/ou parâmetros de comando de tarefa de impressão,formando assim uma tarefa de impressão para o sistema deimpressão a jato de tinta. 0 padrão de gotas de tintaejetadas é determinado pelos comandos e/ou parâmetros decomando de tarefa de impressão.

0 conjunto de cabeça de impressão a jato de tinta 22 podeincluir uma cabeça de impressão 40, ou pode ser umconjunto de cabeça de impressão com ampla gama deimpressões ("wide array") ou de cabeças múltiplas. 0conjunto de cabeça de impressão a jato de tinta pode

incluir um transportador que transporta as matrizes dacabeça de impressão, provê comunicação elétrica entre asmatrizes de cabeça de impressão e o controladoreletrônico 30, e que provê comunicação fluídica entre asmatrizes de cabeça de impressão e o conjunto desuprimento de tinta 24.

A Figura 2 provê um diagrama que ilustra uma porção deuma concretização de uma matriz de cabeça de impressão40. A matriz de cabeça de impressão inclui uma fileira deelementos de impressão ou de ejeção de fluido 42. Oselementos de impressão são formados sobre um substrato

44, que tem nele formada uma fenda de alimentação detinta 46. A fenda de alimentação de tinta provêsuprimento de tinta para os elementos de impressão, sendouma concretização de uma fonte de alimentação de fluido.

Outras concretizações de fontes de alimentação de fluidoincluem, porém não se restringem aos orifícios dealimentação de tinta individuais correspondentes quealimentam as câmaras de vaporização correspondentes e ossulcos de alimentação de tinta múltiplos menores que porsua vez alimentam, cada um, os grupos correspondentes deelementos ejetores de fluido.

Uma estrutura em película fina 4 8 é provida com um canalde alimentação de tinta 54 nela formado. Esse canal secomunica com a fenda de alimentação de tinta 4 6 formadano substrato 44. Uma camada de orifício 50 possui umaface frontal 50a e uma abertura de bico injetor 34formada na face frontal. A camada de orifício também temnela formada uma câmara de bico injetor ou câmara devaporização, que se comunica com a abertura do bico e ocanal de alimentação de tinta da estrutura em películafina. Um resistor de disparo 52 é posicionado dentro dacâmara de vaporização, e cabos condutores 58 acoplameletricamente esse resistor de disparo ao sistema decircuitos controlando a aplicação de corrente elétricaatravés de resistores de disparo selecionados. Conformeaqui utilizado, o termo "gerador de gota" 60 inclui oresistor de disparo 52, a câmara de bico injetor ou acâmara de vaporização 56 e a abertura do bico 34.

Durante a impressão, a tinta flui da fenda de alimentaçãode tinta 46 para a câmara de vaporização 56 através docanal de alimentação de tinta 54. A abertura do bicoinjetor 34 está operativamente associada com o resistorde disparo 52, de forma tal que gotículas de tintaexistentes no interior da câmara de vaporização sãoejetadas através da abertura do bico ejetor (ex:substancialmente perpendicular ao plano do resistor dedisparo) e na direção do meio de impressão 36 medianteenergização do resistor de disparo.

Existe uma variedade de tipos de matrizes de cabeça deimpressão que incluem cabeças de impressão térmicas,cabeças de impressão piezoelétricas, cabeças de impressãoeletrostáticas, e qualquer outro tipo de dispositivo deejeção de fluido conhecido no estado da técnica pode serintegrado numa estrutura multicamada. O substrato 44 podeser formado, por exemplo, de silício, vidro, cerâmica, ouum polímero estável, e a estrutura em película fina 48pode ser formada para incluir uma ou mais camadas depassivação ou isolamento de dióxido de silício, carbonetode silício, nitreto de silício, tântalo, vidro depolisilício, ou outro material apropriado. A estrutura empelícula fina também inclui pelo menos uma camadacondutiva, que define o resistor de disparo 52 e os cabos58. A camada condutiva pode ser feita, por exemplo, dealumínio, prata, ouro, tântalo, tântalo-alumínio ou outrometal ou liga metálica. 0 sistema de circuitos de célulade disparo, tal como descrito em detalhes abaixo, podeser implementado no substrato e camadas em película fina.

A camada de orifício 50 pode ser uma resina epóxi parafoto-imagem, tal como um epóxi designado como SU8,comercializado pela Micro-Chem de Newton, Massachusetts.

Técnicas para fabricar a camada de orifício com SU8 ououtros polímeros são bastante conhecidas no estado datécnica. Em outra concretização, a camada de orifício éformada por duas camadas separadas, designada como camadabarreira (ex: uma camada barreira foto-resistente depelícula seca) e uma camada de orifício metálica (ex: umacamada de níquel, cobre, ligas de ferro/níquel, paládio,ouro, ou ródio) formada sobre a camada barreira. Outrosmateriais apropriados podem também ser empregados paraformar a camada de orifício.

Na Figura 3 é mostrado um diagrama esquemático de umaporção de uma concretização de um circuito de célula dedisparo de cabeça de impressão a jato de tinta 80. 0circuito de célula de disparo inclui uma pluralidade degrupos de disparo 82 (ex: seis grupos de disparo) , cadagrupo de disparo compreendendo uma série de células dedisparo pré-carregadas 84. Um primeiro grupo de disparo82a e uma porção de um segundo grupo de disparo 82b sãomostrados na Fig. 3. As células de disparo pré-carregadas em cada grupo de disparo são esquematicamentedispostas em 13 fileiras e oito colunas. 0 número decélulas de disparo pré-carregadas e seu layout podemvariar, conforme desejado.

As oito colunas das células de disparo pré-carregadas 84são eletricamente acopladas a oito linhas de dados,designadas como D1-D8. Cada uma das células de disparo emcada coluna de células de disparo pré-carregadas éeletricamente acoplada a uma das linhas de dados, e essaslinhas de dados estendem-se até as colunascorrespondentes de células de disparo pré-carregadas nogrupo de disparo 82b e grupos de disparo subseqüentes(não mostrados).

As fileiras de células de disparo pré-carregadas 84 sãoeletricamente acopladas a linhas de endereçamento 86,designadas A1-A7, que recebem sinais de endereçamento.Cada célula de disparo pré-carregada numa fileira decélulas de disparo pré-carregadas, aqui designada comosubgrupo em fileira, ou subgrupo, é eletricamenteacoplada ao mesmo par das linhas de endereçamento, sendoeste par exclusivo para cada subgrupo da fileira. A sériede células de disparo mostrada no grupo de disparo 82inclui 13 subgrupos em fileira, porém é evidente que asérie pode incluir qualquer número adequado de subgrupos.As linhas de endereçamento também estendem-se para seconectarem com subgrupos em fileira do grupo de disparo82b e grupos de disparo subseqüentes (não mostrados).

A linha de pré-carga 90a (designada PRE 1) recebe umsinal de pré-carga e fornece o sinal de pré-carga a todasas células de disparo pré-carregadas 84 no primeiro grupode disparo 82a. Grupos de disparo adicionais possuem,cada um, uma linha de pré-carga separada, tal como alinha de pré-carga 90b (designada PRE2) para o grupo dedisparo 82b.

Uma linha de seleção 92a (designada SEL 1) recebe umsinal de seleção e fornece esse sinal de seleção a todasas células de disparo 84 num grupo de disparocorrespondente 82 e uma linha de disparo 94a (designadaFIRE 1) fornece um sinal de disparo a todas as células dedisparo pré-carregadas no grupo de disparo associado. Alinha de disparo é eletricamente acoplada aos resistoresde disparo (52 na Fig. 2) de todas as células de disparopré-carregadas 84 em um grupo de disparo. Grupos dedisparo adicionais possuem, cada qual, suas própriaslinhas de seleção e disparo separadas.

Adicionalmente, todas as células de disparo pré-carregadas 84 na série 80 são eletricamente acopladas auma linha de referência 96 que é unida a uma tensão dereferência, tal como ligação à terra. Dada essaestrutura, as células de disparo pré-carregadas numsubgrupo em fileira de células de disparo pré-carregadassão eletricamente acopladas às mesmas linhas deendereçamento 86, linha de pré-carga 90, linha de seleção92, linha de disparo 94, e linha de ligação à terra 96.

As células de disparo 84 fazem com que os resistores dedisparo individuais (52 na Fig. 2) dos bicos injetores detinta operem seletivamente, de forma a ejetar tinta nopadrão desejado. Os grupos de disparo são primeiramentepré-carregados através das respectivas linhas PRE 90.

Sinais de endereçamento são providos nas linhas deendereçamento 86 para endereçar um subgrupo em fileira emcada um dos grupos de disparo 82, incluindo um subgrupoem fileira no grupo de disparo pré-carregado. Sinais dedados são fornecidos nas linhas de dados 88 para proverdados a todos os grupes de disparo, incluindo o subgrupoem fileira endereçado no grupo de disparo pré-carregado.

Em seguida, o sinal de seleção é provido na linha deseleção 92 do grupo de disparo pré-carregado paraselecionar o grupo de disparo pré-carregado. O sinal deseleção define um intervalo de tempo de descarga paradescarregar a capacitância nodal em cada chave de comando(não mostrada) numa célula de disparo pré-carregada queou não se encontra no subgrupo em fileira endereçado nogrupo de disparo selecionado ou não é endereçada nogrupo de disparo selecionado, e recebendo um sinal dedados de alto nível. A capacitância nodal não descarreganas células de disparo pré-carregadas que são endereçadasno grupo de disparo selecionado e que recebe um sinal dedados de baixo nível. Um nível de alta tensão nacapacitância nodal liga a chave de comando (condutora).

Após as chaves de comando no grupo de disparo selecionado82 serem ajustadas para conduzir ou não, um pulso deenergia ou pulso de tensão é provido na linha de disparo94 do grupo de disparo selecionado. Células de disparopré-carregadas 84 que possuem chaves de comandocondutoras conduzem corrente através do resistor dedisparo (52 na Fig. 2) para aquecer a tinta e ejetá-la dogerador de gotas correspondente (60 na Fig. 2) . Emoperação, a pluralidade de grupos de disparo 82 pode serselecionada para disparar sucessivamente ou em outrasseqüências, podendo também ser usadas seleções não-seqüenciais. Os sinais de endereçamento providos naslinhas de endereçamento 86 podem ser atribuídos a umendereço de subgrupo em fileira durante cada cicloatravés dos grupos de disparo, e assim efetuar o cicloatravés dos 13 endereços de subgrupo em fileira em cadagrupo de disparo antes de repetir um endereço de subgrupoem fileira. Após o último subgrupo em fileira, os sinaisde endereçamento selecionam o primeiro subgrupo emfileira para iniciar o ciclo de endereçamento novamente.

Com grupos de disparo 82 operados sucessivamente, o sinalde seleção para um grupo de disparo é usado como o sinalde pré-carga para o grupo de disparo seguinte. 0 sinalde pré-carga para um grupo de disparo precede o sinal deseleção e o sinal de disparo para um grupo de disparo.

Após o sinal de pré-carga, sinais de dados sãomultiplexados no tempo apropriado e armazenados nosubgrupo em fileira endereçado de um grupo de disparoatravés do sinal de seleção. 0 sinal de seleção para ogrupo de disparo selecionado é também o sinal de pré-carga para o grupo de disparo seguinte. Após o sinal deseleção para o grupo de disparo selecionar estarcompleto, é provido o sinal de seleção para o grupo dedisparo seguinte. Células de disparo pré-carregadas 84 nosubgrupo selecionado disparam ou aquecem a tinta com baseno sinal de dados armazenado à medida que o sinal dedisparo, incluindo um pulso de energia, é provido aogrupo de disparo selecionado.Conforme observado acima, pode-se desejar prover umaquantidade maior de informações de identificação nocircuito de cabeça de impressão, sem adicionar outrasinterconexões ao circuito de lingüeta flexível ouaumentar o tamanho da matriz para fornecer taisinformações de identificação. Conseqüentemente, foramdesenvolvidas células de identificação que podem serincluídas no sistema de circuitos de cabeça de impressão,tal como mostra a Fig. 3. A Figura 4 mostra um diagramaesquemático de uma concretização de uma célula deidentificação 100 que pode ser fabricada no sistema decircuitos de uma concretização de matriz de cabeça deimpressão (40 nas Figs. 1 e 2). A matriz de cabeça deimpressão pode incluir uma pluralidade de tais células deidentificação eletricamente acopladas a uma linha deidentificação 102 que recebe um sinal de identificação efornece o sinal de identificação para as células deidentificação.

A célula de identificação 100 inclui um elemento dememória ou bit de identificação indicado em 103. Oelemento de memória armazena um bit de informação. Em umaconcretização, ilustrada na Fig.4, o elemento de memóriacompreende um fusível, representado pelo elemento defusível 104 e resistência de fusível 108. A célula deidentificação inclui um transistor de comando ou chave decomando 106 eletricamente acoplado/a ao elemento dememória 103. A chave de comando pode ser um FET(Transistor de Efeito de Campo) tendo um trajeto dreno-fonte que é eletricamente acoplado em uma dasextremidades a um terminal do elemento de memória e emoutra extremidade a uma referência 110, tal como ligaçãoà terra. O outro terminal do elemento de memória éeletricamente acoplado à linha de identificação 102. Alinha de identificação recebe um sinal de identificação efornece o sinal de identificação para o elemento dememória. O sinal de identificação, incluindo o sinal deprogramação e o sinal de leitura, pode ser conduzido peloelemento de memória, se a chave de comando 106 for ligada(conduzindo). Isso permite que somente células deidentificação específicas numa única linha deidentificação respondam a sinais de leitura e programaçãona linha de identificação, enquanto outras células deidentificação na mesma linha de identificação nãorespondem aos sinais de leitura e programação.

A porta da chave de comando 106 forma um capacitâncianodal de armazenamento 112 que opera como uma memóriapara armazenar carga de acordo com a ativação seqüencialdo transistor de pré-carga 114 e do transistor de seleção116. O trajeto dreno-fonte e a porta do transistor depré-carga são eletricamente acoplados à linha de pré-carga 118 que recebe um sinal de pré-carga. A linha depré-carga pode ser eletricamente conectada à linha depré-carga 90 na Fig. 3.

A porta da chave de comando 106 é uma entrada de controleque é eletricamente acoplada ao trajeto dreno-fonte dotransistor de. pré-carga 114 e do trajeto dreno-fonte dotransistor de seleção 116. A porta do transistor deseleção é eletricamente acoplada à linha de seleção 120que recebe um sinal de seleção. 0 transistor de seleçãopode ser eletricamente conectado à linha de seleção (92na Fig. 3). A capacitância nodal de armazenamento 112 émostrada em linhas tracejadas, já que faz parte da chavede comando 106. Alternativamente, um capacitor separadoda chave de comando pode ser usado para armazenar carga.

A célula de identificação também inclui um primeirotransistor 122, um segundo transistor 124 e um terceirotransistor 126 com trajetos dreno-fonte que sãoeletricamente acoplados paralelamente. A combinaçãoparalela desses três transistores é eletricamenteacoplada entre o trajeto dreno-fonte do transistor deseleção 116 e a referência 110. O circuito serialincluindo o transistor de seleção acoplado à combinaçãoparalela do primeiro, segundo e terceiro transistores éeletricamente acoplado através da capacitância nodal 112da chave de comando 106.

As portas do primeiro, segundo e terceiro transistores122, 124, e 126 são eletricamente acopladas a três daslinhas de dados do grupo de disparo associado (82 naFig.3). As linhas de dados assim conectadas podem serqualquer grupo exclusivo de três das oito linhas de dadosD1-D8 associadas com o grupo de disparo correspondente.Conforme mostrado na Fig.4, as linhas de dados podem seras que são designadas D1-D3 no grupo de disparo 82 naFig.3.

0 sinal de pré-carga pode ser o sinal de pré-cargaprovido na linha de pré-carga 90a (denominada PRE 1)para o grupo de disparo 82, e o sinal de seleção pode sero sinal selecionado provido na linha de seleção 92a(denominada SEL 1) para o grupo de disparo 82a na Fig.3.Para programar o elemento de memória 103, a célula deidentificação 100 recebe a sinalização de habilitação,incluindo o sinal de pré-carga, o sinal de seleção e ossinais de dados D1-D3 para ligar a chave de comando 106.

A linha de identificação 102 provê o sinal de programaçãono sinal de identificação para o elemento de memória. Osinal de programação provê uma tensão relativamente alta(ex: 16 volts) através do elemento de memória para achave de comando condutora e referência 110. Essa altatensão altera o estado do elemento de memória de umestado de baixa resistividade para um estado de altaresistividade mediante queima do fusível 104.

Para ler o estado do elemento de memória 103, a célula deidentificação 100 recebe sinal de habilitação, incluindoo sinal de pré-carga, sinal de seleção e os sinais dedados D1-D3 para ligar a chave de comando 106. A linha deidentificação 102 provê o sinal de leitura no sinal deidentificação para o elemento de memória. O sinal deleitura provê uma corrente através do elemento de memóriapara a chave de comando condutora 106 e referência 110. Atensão presente na linha de identificação pode serdetectada para determinar o estado de resistividade doelemento de memória. Em uma concretização, determina-seque o elemento de memória encontra-se no estado de altaresistividade se a resistência for maior que cerca de1000 ohms (ou seja, com o fusível queimado) e no estadode baixa resistividade se a resistência for menor quecerca de 400 ohms (ou seja, com o fusível intacto).

Utilizando a configuração da Fig.4, cada célula deidentificação pode ser individualmente habilitada,podendo assim ser programada individualmente. Da mesmaforma, já que as células de identificação podem ser lidasindividualmente, as combinações utilizadas para armazenardados são bastante aumentadas. Por exemplo, uma célula deidentificação única pode ser utilizada em combinaçõesmúltiplas que representam, cada uma, informaçõesdiferentes.

Com três dos oito sinais de dados D1-D8 selecionando cadacélula de identificação 100 numa pluralidade de célulasde identificação, até cinqüenta e seis células deidentificação diferentes podem ser selecionadas atravésde combinações de três dos oito sinais de dados. Assim,com uma linha de pré-carga, uma linha de seleção, oitolinhas de dados, e uma linha de identificação, o circuitopode controlar cinqüenta e seis bits de informação, oucerca de 5.1 bits de célula de identificação por linha decontrole. Alternativamente, cada célula de identificaçãopode ser configurada para responder a qualquer númeroapropriado de sinais de dados, tais como dois ou quatroou mais sinais de dados.

Deve-se observar que, embora a Figura 4 descreva o uso deuma linha de identificação única 102 que é acoplada acada uma das células de identificação 100, mais que umalinha de identificação pode ser utilizada, permitindoassim um número maior de células de identificação. Damesma forma, o número de células de identificação que sãoprovidas pode ser maior ou menor que 56 dependendo defatores tais como tamanho da matriz, os parâmetros deoperação do dispositivo de ejeção de fluido, ou outrasconsiderações. Da mesma forma, o número de células deidentificação que são codificadas com informações podeser menor que o número total de células de identificaçãona matriz.

Embora a configuração de célula de identificação descritaacima possa ser utilizada numa variedade de formas paraarmazenar informações de identificação na cabeça deimpressão, os fusíveis apresentam algumas desvantagens,conforme observado anteriormente. 0 inventor reconheceuque a memória somente de leitura eletronicamenteprogramável, ou EPROM, pode ser desejável para eliminaros fusíveis em circuitos NMOS, tal como em cabeças deimpressão a jato de tinta e outras aplicações. As célulasEPROM não incluem fusíveis e apresentam diversasvantagens sobre os bits I-TMOS.

A Figura 5 mostra um diagrama esquemático de uma célulaou bit EPROM típico 210. Uma célula EPROM geralmenteinclui uma porta de entrada 212 (também denominada portade controle), uma porta flutuante 214, e um substratosemicondutor 216 que inclui uma fonte 218 e um dreno 220.

Conforme mostra a Figura 5, o substrato é provido comregiões dopadas com N+ adjacentes à fonte e ao dreno,respectivamente, e uma região dopada com ρ 222 entre osmesmos. A porta de controle e a porta flutuante sãocapacitivamente acopladas juntas, com um materialdielétrico 224 entre elas, de forma que a tensão daporta de controle seja acoplada à porta flutuante. Outracamada de material dielétrico 226 está também dispostaentre a porta flutuante 214 e o substrato semicondutor 216.

Uma polarização de alta tensão no dreno 220 gera elétronsenergéticos "quentes". Uma polarização de tensão positivaentre a porta de controle 212 e o dreno arrasta algunsdesses elétrons quentes para a porta flutuante 214. Àmedida que os elétrons são arrastados para a portaflutuante, a tensão limite da célula, ou seja, a tensãonecessária para fazer com que a porta/dreno conduzacorrente, aumenta. Se elétrons suficientes foremarrastados para a porta flutuante, tais elétronsbloquearão o fluxo de corrente, de forma que a tensãolimite eventualmente aumentará até um nível acima de umatensão limite (ex: a tensão operacional do circuito).

Isso fará com que a célula bloqueie a corrente naquelenível de tensão, o que altera o estado operacional dacélula de 1 para zero. Após a programação da célula, umsensor de célula (não mostrado) é utilizado durante aoperação normal para detectar o estado da célula EPROM.

Devido ao fato de as células EPROM incluírem duas portasem cada local de bit, esses chips demandam mais camadasdo que um chip PROM ou NM0S,como é tipicamente utilizadonum circuito de cabeça de impressão a jato de tinta. AFigura 6 mostra uma vista em corte transversal dascamadas num chip EPROM típico 230. Disposto sobre osubstrato de silício semicondutor 232 encontra-se umcamada de óxido de porta 236. Disposto sobre a camada deóxido de porta encontra-se uma camada de material depolisilício 238, na qual a porta flutuante (14 na Fig. 5)é formada. Quando apropriadamente dopado, esse materialde polisilício funciona como um condutor. A camada deóxido da porta 23 6 funciona como uma camada dielétrica(26 na Fig. 5) entre a porta flutuante e o substratosemicondutor.

Disposta sobre a camada de porta flutuante encontra-seoutra camada 24 0 do material de óxido de porta que provêoutra camada dielétrica, sobre a qual encontra-se outracamada de polisilício 242, na qual a porta de controle(12 na Fig.5) é formada. Disposta sobre a camada de portade controle encontra-se uma ou mais camadas metálicas248, separadas por outra camada dielétrica 246. Ascamadas metálicas provêem linhas em fileira e coluna parao circuito EPROM, e que também fazem as diversas conexõeselétricas entre a porta de controle, o dreno, e outroscomponentes do circuito.

Essas camadas de circuito num circuito EPROM típico estãoem contraste com as camadas encontradas num circuito decabeça de impressão a jato de tinta típico. Uma vista emcorte transversal das camadas num chip de controle a jatode tinta 250, tal como o que provê o circuito de controlede disparo de jato de tinta mostrado na Fig. 3, éapresentada na Fig. 7. Esse chip inclui um substratosemicondutor 252, sobre o qual encontra-se uma camada deóxido 254 (tal como dióxido de silício, SiO2) , seguido deuma camada de polisilício 256, uma camada dielétrica 258e então uma camada de Metal 1260 e uma camada de Metal 2264, sendo tais camadas metálicas separadas por umacamada dielétrica 262.

As duas camadas metálicas 260, 264 provêem os condutorespara as linhas de endereçamento, linhas de dados, linhasde pré-carga, seleção e disparo, e outras conexões docircuito. Será evidente que essa configuração de camadacarece de uma camada de polisilício adicional e de umdielétrico de porta que seria necessário para a criaçãode uma célula EPROM padrão. Tentativas anteriores deimplementar EPROMs neste tipo de circuito têm focadosobre a adição de etapas de processo adicionais paraacrescentar uma porta flutuante extra e um dielétrico deporta. Outra opção consiste em adicionar um chip EPROMseparado. Essas duas opções envolvem complexidade ecustos.

Vantajosamente, o inventor desenvolveu uma estruturaacoplada a porta e um método para prover funcionalidadeEPROM utilizando as camadas neste chip PROM, semadicionar camadas de processo e aumentar o custo. A Fig.8 mostra um diagrama esquemático de um bit EPROM acopladoa porta 270 que pode ser criado utilizando as camadasexistentes do chip de controle de caneta de jato de tintamostrado na Fig. 7. 0 bit EPROM acoplado a portacompreende dois transistores tendo suas portas flutuantesunidas. 0 primeiro transistor 272 é um transistor decontrole, e o segundo transistor é o transistor EPROM274. 0 transistor de controle inclui duas conexões decontrole ou terminais de controle, o primeiro terminal276 sendo designado Controle Ieo segundo terminal 278sendo designado Controle 2.

A porta flutuante 280 do transistor de controle 272 éeletricamente acoplada à porta flutuante 282 dotransistor EPROM 274. 0 transistor EPROM inclui um dreno2 84 e uma fonte 2 86, que podem ser conectados à terra. Atensão da porta flutuante é dependente da capacitância desobreposição da fonte e dreno do transistor de controle272, e se a porta do transitor de controle está ou nãoativada. A capacitância de sobreposição e porta acoplam atensão no Controle 1 e no Controle 2 â porta flutuante. Acapacitância precisa ser grande o bastante para proveradequada tensão de acoplarnento à porta flutuante. UmEPROM padrão utiliza a capacitância na camada dielétricaentre a porta de controle e a porta flutuante paraacoplar a tensão à porta flutuante. No dispositivoacoplado à porta aqui descrito, a porta para drenar acapacitância de sobreposição entre o Controle 1 276acopla a tensão no Controle 1 à porta flutuante. Acapacitância de sobreposição de porta à fonte no Controle2 278 acopla a tensão no Controle 2 à porta flutuante. 0objetivo é encontrar alguma estrutura de capacitânciapara acoplarnento à porta flutuante. Nesta configuração,a camada de oxido de porta (2 54 na Fig. 7) que provê acapacitância de porta de um transistor padrão é utilizadano sentido inverso para prover essa capacitância.Essa estrutura acoplada a porta é totalmente compatívelcom a estrutura de camada de cabeça de impressão mostradana Fig.7, e somente requer modificação do layoutgeométrico das diversas camadas de circuito. As portasflutuantes 280, 282 dos transistores de controle e EPROM,bem como a conexão de acoplarnento entre elas, podem serfabricadas na camada de polisilício 256 do circuito decabeça de impressão. Além disso, essas regiões de portaflutuante na camada de polisilício podem sereletricamente conectadas pela camada de Metal 1 260. 0acoplamento porta/dreno é feita da região de dreno n+ dosubstrato 2 52 até a porta, através da camada de oxido deporta 254. A camada de Metal 1 260 pode ser configuradapara conectar a fonte do transistor de controle 272(Controle 2, 278)ao dreno do transistor EPROM 274(Dreno 284). Uma característica vantajosa destaconfiguração é a existência de um acoplamento tanto defonte como de dreno à porta flutuante. Isso provêacoplamento capacitivo adicional do nodo de controle coma porta flutuante. Em geral, quanto mais capacitivo for oacoplamento, melhor.

Com referência agora à Figura 8, as portas 276, 278 dotransistor de controle 272 podem ser unidas, ou oControle 2 pode ser unido ao dreno do transistor EPROM274. Para alguma implementação, o Controlei, o Controle2 e o Dreno podem ser unidos para separar tensões deforma a obter acoplamento mais eficiente. Com o Controle2278 e o Dreno 284 unidos, a tensão no Dreno pode limitara tensão no Controle2 e a quantidade de tensão acopladaà porta flutuante 280.

Em uma concretização, um layout eficiente em termos deespaço pode ser obtido unindo o Dreno 284 do transistorEPROM 274 à fonte (Controle 2) 278 do transistor decontrole. Caso não se requeira um resistor para limitar acorrente do dreno (ex: para restringir o superaquecimentomediante controle da largura de pulso, ou baseando-se naresistência dos transistores de Selação (quandoimplementados em série para limitar a corrente), oControlei, Controle2 e c Dreno podem ser todos unidos emconjunto. Essa configuração provê um alto nível deacoplamento numa área pequena, embora também apresentesensibilidade maior ao excesso de corrente de drenagem eao superaquecimento.

Alternativamente, o dreno 284 do transistor EPROM 274pode ser unido à fonte (Controle 2) 278 do transistor decontrole 272, com um resistor 277 (mostrado em linhastracejadas na Fig. 8) entre o Controlei 276 e o Controle2278 para limitar a corrente de drenagem. Essaconfiguração pode ser mais robusta em relação a problemasde corrente de drenagem, embora a tensão no nodo deControle2-Dreno seja menor, provendo menos tensão para aporta flutuante.

Outro método consiste em ligar juntos os terminais 278 e276 do transistor de controle 272, com um resistor 283(mostrado em linhas tracejadas na Fig. 8) em série entreeles, e o Dreno 284 do transistor EPROM 274. 0 resistorlimita a corrente para o Dreno, embora a tensão nos nodosdesignados como Controlei e Controle2 ainda esteja natensão máxima para maior acoplamento de tensão à portaflutuante.

A programação desta célula EPROM acoplada a porta 270,como as células EPROM típicas, é realizada aplicando-seum pulso de tensão aos terminais 276, 278 do transistorde controle 272. Isso é realizado com a finalidade deprover uma quantidade de elétrons quentes para a portaflutuante 280. É desejável que a tensão sobre o Dreno 284esteja próxima da tensão de ruptura do circuito. A tensãode ruptura é a tensão na qual o transistor EPROM 274começa a conduzir com a porta abaixo da tensão limite(porta em zero volts) . Em uma concretização, o inventorprogramou o circuito EPROM numa tensão de cerca de 16 +/-V, onde o circuito possui uma tensão de ruptura de 15volts.

Conforme observado acima, o Controle2 278 pode ser unidoao Dreno 284 com um resistor 283 (com uma resistência de,por exemplo, 100 ohm) para limitar a tensão de ruptura.

Adicionalmente, o tamanho físico do comprimento do canal(porta) - ou seja, o comprimento do canal sob as portasdo transistor EPROM - pode ser manipulado para modificara tensão de ruptura. Por exemplo, um comprimento de canalmenor reduzirá a tensão de ruptura. Em uma concretização,o inventor utilizou um comprimento de porta de 3,0 μιτι a3,5 μτη, em vez de 4 μιη para essa finalidade.

0 tempo necessário para programação é a função da tensãona porta flutuante, da quantidade de elétrons quentesarrastados para a porta flutuante, a alteração na tensãolimite desejada, a capacitância estrutural total daporta, e a espessura da camada de óxido da porta (camada2 54 na Fig. 7) . A espessura do óxido de porta determina aporcentagem de elétrons energéticos quentes que podematingir a porta flutuante 280. Em uma concretização, atensão na porta flutuante está na faixa de 5 volts a 12volts, embora outras faixas de tensão possam ser usadas.A tensão na porta flutuante depende da tensão sobre osterminais de controle 276, 278 do transistor de controle272, e da relação de acoplamento do substrato de silícioe das camadas de polisilício (252, 256 respectivamente,na Fig. 7) . Embora cs elétrons quentes desejados sejamprovidos com qualquer espessura de óxido de porta, aespessura do óxido de porta será, às vezes fixada parauma dada configuração de chip.Por exemplo, em umaconcretização de um chip de controle de cabeça deimpressão, a espessura do óxido de porta é fixada emcerca de 700 A.

A quantidade de elétrons quentes provida durante aprogramação é maior quando a programação é feita próximaà tensão de ruptura e com corrente maior. Em umaconcretização, o inventor programou com uma corrente de25 mA, embora outras correntes também possam ser usadas.O inventor também previu um tensão de programação de 2 0mA, por exemplo, embora outras correntes também possamser usadas. Uma faixa para a tensão limite que o inventorutilizou é de 3 volts a 7 volts, embora outras faixas detensão limite também possam ser usadas.

Com base nos parâmetros acima, o inventor descobriu quese pode utilizar um tempo de programação de 10milisegundos. Porém, pode-se também utilizar tempos deprogramação diferentes, especialmente se os váriosparâmetros mencionados acima forem modificados. Porexemplo, o tempo de programação pode variar de menos de100 μβ até vários segundos (ex: 4 segundos).A leitura das células EPROM é feita detectando-se atensão limite através da célula EPROM acoplada a porta270 utilizando um sensor de célula (não mostrado) emalgum lugar do circuito. Pode-se realizar a detecção datensão limite determinando-se a tensão na porta/dreno emedindo-se a corrente correspondente, ou determinando-sea corrente e medindo-se a tensão. 0 inventor descobriuque a resistência "on" (ligada) (Ron) da célula EPROMmodifica-se num fator de cerca de 2 antes e após aprogramação.

0 inventor construiu e testou esse tipo de célula EPROMnum laboratório. Na preparação do teste, uma célulamodificada foi construída para monitorar a tensão daporta flutuante. Um pulso de tensão foi aplicado à portae ao dreno para programar a célula EPROM numa tensãolimite desejada. Para testar a célula para detectar atensão da porta, a porta de um segundo transistor dedetecção (não mostrado) foi conectada à porta flutuanteda célula EPROM. Isso faz com que a tensão de porta dotransistor de detecção seja a mesma tensão da portaflutuante. A resistência "on" (ligada) (Ron) do segundotransistor é proporcional à tensão de porta. Ao semonitorar a resistência "on" do segundo transistor, atensão de porta flutuante pode ser determinada.A célula EPROM acoplada a porta mostrada na Fig. 8 podeser incorporada no sistema de circuitos no qual cadacélula de identificação EPROM está associada com umcircuito de controle separado, como o da Fig. 4, ou osbits de identificação acoplados a porta podem serincorporados à série de células de identificação quecompartilham o sistema de circuitos de controle. AFigura 9 mostra uma concretização de uma célula EPROMacoplada a porta associada com sistema de circuitos decontrole individual. Essa figura mostra uma porção dosistema de circuitos da célula de identificação da Fig.4,com a célula EPROM acoplada a porta 270 inserida no lugardo bit de identificação (103 na Fig. 4). Tal configuraçãoproverá uma linha de controle por célula, com a operaçãode cada célula EPROM sendo controlada por um transistorde controle individual. Esse tipo de configuração possuium tamanho físico maior do que a disposição de circuitoscompartilhados, sendo, porém, similar aos mesmos esquemasde controle atualmente utilizados com fusíveis.

Conforme mostra a Fig. 9, a linha de identificação 102 éconectada às portas do transistor de controle 272 e aodreno do transistor EPROM 274, e a fonte 286 dotransistor EPROM é acoplada ao dreno da chave de comando106, que tem sua fonte acoplada à terra 110. Uma portamais estreita 282a pode ser provida no transistor EPROM274 para prover tensão de ruptura menor. Isso permiteque a célula EPROM acoplada a porta obtenha umaquantidade adequada de elétrons quentes no transistorEPROM sem exceder as tensões de ruptura de outrostransistores no circuito. Conforme discutido acima comrespeito à Figura 8, um resistor 283 (ex: de cerca de 100ohms) pode ser adicionado entre o dreno 2 84 dotransistor EPROM 274 e a fonte 278 do transistor decontrole 272, ou um resistor 277 pode ser colocado entrea fonte do transistor de controle e o dreno 2 76 dotransistor de controle. 0 método selecionado dependerádas decisões de layout e da técnica utilizada paracontrolar a corrente do dreno.

Com referência novamente à Fig. 9, quando o transistor106 é ligado, a fonte do transistor EPROM 274 ficaessencialmente ligada à terra, e a célula EPROM funcionaconforme descrito para a célula na Fig. 8. Uma tensão nalinha ID 102 acopla-se através do óxido de porta dotransistor de controle 272 à porta flutuante (280/282 naFig. 8). Uma alta tensão (16V) programará o EPROM. Umatensão mais baixa será usada para leitura, detectando-sea tensão limite ou a resistência "on". Se o transistor106 estiver desligado, qualquer tensão aplicada à linhaID não terá um trajeto à terra, e a célula EPROM nãoserá afetada.A Figura 10 mostra um diagrama esquemático parcial de umasérie ("array") EPROM 3 00 que pode ser produzidautilizando-se a célula EPROM acoplada a porta aquidescrita. Nesta configuração, uma série de bits deidentificação EPROM acoplados a porta compartilham osistema de circuitos de controle. Nesta série, umapluralidade de células EPROM acopladas a porta 270 sãodispostas em fileiras e colunas. A linha de entrada decada célula EPROM ligada a porta é unida â tensão deentrada Vin (designada em 304) através da linha deentrada 308. A linha fonte 286 de cada transistor EPROM éunida ao dreno de um transistor em fileira 310. Ostransistores em fileira são unidos através de suas fontes312 aos drenos de transistores de coluna 314. Sedesejado, um resistor limitador de corrente de dreno (nãomostrado) pode ser adicionado à célula EPROM, conformeacima descrito com respeito à Fig.9. Em vez de umresistor individual para cada célula acoplada a porta, umresistor simples 322 (mostrado em linhas tracejadas naFig. 10) pode ser provido para alimentar todos ostransistores em paralelo. Esse resistor pode serconectado entre a tensão Vin e o dreno do transistorEPROM (2 84 na Fig. 8), com uma linha única de Vin para oresistor, e linhas separadas 324 (mostradas em linhastracejadas na Fig. 10) estendendo-se do resistor para osdrenos de cada transistor EPROM na série. A conexão entrea fonte e o dreno do transistor de controle EPROM 272seria então removida, e todas as conexões de controletransistor-dreno da célula EPROM 270 seriam unidasdiretamente à linha de entrada 308.

As linhas em fileira, designadas 316a para a Fileira 1,316b para a Fileira 2, etc, conectam-se às portas detodos os transistores de seleção em fileira 310 numa dadafileira. As fontes 312 de todos os transistores emfileira numa dada coluna são conectadas ao dreno dotransistor de coluna 314 para aquela coluna. As portas318 de cada transistor de coluna são conectadas a umafonte de tensão (não mostrada) através de linhas emcoluna (não mostradas). As fontes 32 0 dos transistores emcoluna são conectadas a uma tensão comum, tal como terra.

Os transistores em coluna são denominados 314a para aColuna 1, 314b para a Coluna 2, e assim por diante.

Os transistores em fileira 310 e os transistores emcoluna 314 permitem a seleção das células EPROMespecíficas acopladas a porta, tanto para programaçãocomo para leitura. Os transistores em coluna sãotransistores normais, e as interconexões a essestransistores podem ser fabricadas na camada de Metal 1(260 na Fig.7). Algumas vantagens deste circuito são queele é mais compacto do que a implementação de células deidentificação com sistema de circuitos de controleseparado, e não requer a camada de Metal 2 e suas normasde layout associadas. Adicionalmente, o tamanho da sérieEPROM acoplada a porta 300 não é limitado pelaconfiguração do sistema de circuito de controle de célulade disparo da cabeça de impressão (80 na Fig. 3). Essasérie pode ser tão grande ou tão pequena, conformedesejado, independentemente do número de linhas de dadosassociadas com o circuito de controle de célula dedisparo.

Para programar uma célula da série 300, a célula éselecionada aplicando-se uma tensão a uma linha emfileira (ex: 316a) e uma linha em coluna (ex: à porta dotransistor em coluna 314a), e então um pulso de tensãorelativamente alto Vin (ex: 16V) é aplicado. Paradetectar a condição da célula, um pulso de tensão deentrada mais baixa Vin (ex: 5V) é aplicado da mesmaforma, e a corrente é monitorada. Nesta série, não háalta tensão pelo dreno até a fonte do transistor EPROM,exceto se programado. Vantajosamente, não há problemas deacoplamento de tensão de dreno à porta, uma vez que odreno e a porta dos transistores EPROM comutam juntos.

Além disso, o acoplamento de dreno à porta é efetivamentevantajoso, uma vez que aumenta o acoplamento de tensão àporta.

0 inventor descobriu que o tamanho dos transistores deseleção em fileira 316 é significativo, já que devemmanipular a corrente de programação, tal como 2 0 mA,2 5mA ou mais elevada. Para essa finalidade, o inventorutilizou transistores de seleção em fileira com umalargura de 150 μπι. Será óbvio que tamanhos menores podemser usados para reduzir a corrente de programação, etamanhos maiores serão necessários para correntes maisaltas.

Em operação,um sinal em fileira liga todos ostransistores de controle em fileira 316, naquela fileira.

Um sinal de coluna liga um transistor de controle emcoluna selecionado 314. Uma tensão de entrada Vin é entãoaplicada, e somente a célula 270 com seu transistor tantoem fileira como em coluna ligados terá uma tensão totalatravés dela. Todas as outras células terão uma fonte daflutuação do transistor EPROM. Ou seja, a fonte dotransistor EPROM não será conduzida a nenhuma tensãofixada, mas apenas flutuará às tensões existentes emoutros terminais. Não haverá mais tensão pelo transistorEPROM.

Uma série EPROM pode ser configurada na forma descritaacima para uso ao se prover bits ID de caneta numa cabeçade impressão a jato de tinta. Nesta configuração, ossinais em fileira e coluna podem ser supridos peloregistrador de mudança do circuito de controle de canetade impressão. Ou seja, em vez de acionar as linhas emfileira e em coluna individualmente, os respectivosvalores podem ser transferidos para o registrador demudança e acionados a partir das saídas do registrador demudança. 0 registrador de mudança endereça as seleções defileira e coluna da série 2x10. Será óbvio para oshabilitados na técnica de projeto de semicondutores que aconfiguração geométrica do sistema de circuitos pode serconfigurada de diversas formas.

O inventor construiu e programou uma série (array) de 4bits baseada no projeto acima. Após a programação, ascélulas EPROM mantiveram sua carga por mais de um ano.

A confiabilidade e longevidade da célula EPROM acoplada aporta aqui descrita depende de diversos fatores. Devidoao fato de a estrutura ser diferente da configuraçãotípica de célula EPROM, alguns aspectos do projetoresultante afetam sua robustez. Por exemplo, o tamanhomaior da porta flutuante (280 na Fig. 8) pode permitiruma área maior para a corrente de fuga. Adicionalmente, oóxido de porta (2 54 na Fig. 7) não é processado para acorrente de fuga mínima absoluta.

Adicionalmente, o nivelamento das camadas pode afetar seudesempenho. Leves ondulações nas superfícies da camada evariações na espessura das diferentes camadas podem levara concentrações e vazamentos de carga entre as camadas.

Num circuito de controle de caneta configurado com ascamadas do chip PROM mostrado na Fig. 7, por exemplo, aespessura e o nivelamento da camada de polisilício 256 eda camada dielétrica adjacente 254 não são tão críticaspara operação do circuito PROM. Esse fator afeta o nívelde controle de qualidade aplicado à formação dessascamadas. Porém, num circuito EPROM, esses fatores têm umefeito maior.

Ao mesmo tempo, existem outros fatores que afetam osfusíveis e que não afetam os EPROMs, ou que não os afetamde alguma forma ou na mesma medida. Conforme acimaobservado, os fusíveis apresentam diversas desvantagensque são com freqüência incômodas. Acredita-se que osEPROMs serão finalmente mais confiáveis do que osfusíveis na aplicação aqui descrita. Quando as possíveislimitações da célula EPROM acoplada a porta aquidescritas puderem ser toleradas, essa configuração podeser útil sem a necessidade de aumentar o controle dequalidade. E isso é verdadeiro para canetas de impressãoa jato de tinta. A vida de projeto para uma caneta deimpressão a jato de tinta é geralmente de cerca de 18meses, principalmente porque os cartuchos de tinta sãogeralmente vendidos logo após a fabricação e a caneta deimpressão então se desgasta. Conseqüentemente, se ascélulas EPROM puderem confiavelmente manter sua carga portal período de tempo, há pouca probabilidade de odispositivo não funcionar, conforme se pretende. Porém,essa mesma estrutura pode ser efetivamente utilizada emoutras aplicações onde se deseja maior confiabilidade,exercendo controle maior sobre o nivelamento e espessuradas camadas.

A estrutura EPROM acoplada a porta aqui descrita podesubstituir fusíveis em circuitos de controle de caneta dejato de tinta, sem acréscimo de camadas de processo ouaumentos de custo. Essa configuração provê células quesão maiores do que as células EPROM convencionais, porémmenores que os fusíveis.

As células de identificação acopladas a porta podem serusadas para armazenar uma ampla variedade deinformações de identificação indicando característicasou outras informações a respeito da matriz de cabeça deimpressão. Por exemplo, uma impressora empregando umacabeça de impressão tendo células de identificação EPROMpode utilizar as informações de identificação para umaampla variedade de finalidades para otimizar a qualidadede impressão ou executar outras funções. Por exemplo, ascélulas de identificação selecionadas podem armazenarinformações de identificação acerca da matriz de cabeçade impressão ou a respeito do cartucho ou caneta de tintano qual a matriz de cabeça de impressão é inserida, taiscomo informações indicando um nível de detecção de faltade tinta.

As células de identificação podem também armazenarinformações de identificação indicando um valor deresistência à sensibilidade térmica (TSR) para determinara temperatura da cabeça de impressão. As células deidentificação selecionadas podem armazenar informaçõesde identificação indicando um número de unicidade decabeça de impressão para identificar e dar respostaadequada à cabeça de impressão. As células deidentificação podem ser usadas para armazenar informaçõesde identificação indicando um peso de gota de tinta parauma cabeça de impressão. Uma impressora pode responderpelos valores de peso de gota armazenados em células deidentificação selecionadas e pelas informações do nívelde detecção de falta de tinta armazenadas em outrascélulas de identificação selecionadas para determinar osníveis reais de detecção de falta de tinta.

A impressora pode também utilizar informações deidentificação para fins comerciais, tais como comércioregional, e comércio de fabricante de equipamentooriginal (OEM).Por exemplo, células de identificaçãoselecionadas armazenam informações de identificaçãoindicando uma região de comercialização para odispositivo de ejeção de fluido. Em uma concretização, ascélulas de identificação selecionadas podem armazenarinformações de identificação indicando o vendedor de umdispositivo de ejeção de fluido OEM. As células deidentificação selecionadas podem também armazenarinformações de identificação indicando se uma impressoraOEM está destravada. Por exemplo, a impressora OEM poderesponder às informações OEM disponíveis (divulgadas)para destravar uma impressora OEM, de forma que aimpressora OEM possa aceitar cabeças de impressão OEMvendidas por uma determinada empresa ou grupo de empresase cabeças de impressão vendidas por outras empresas quenão a determinada empresa ou grupo de empresas, tal comoa empresa fabricante original real.

As células de identificação selecionadas armazenaminformações de identificação indicando o tipo de produtoe a revisão de produto de um dispositivo de ejeção defluido. 0 tipo de produto e a revisão do produto podemser usados por uma impressora para apurar característicasfísicas a respeito de uma cabeça de impressão. Ascaracterísticas físicas de revisão de produto, tal como oespaçamento entre as colunas dos bicos injetores, quepode ser alterado em produtos futuros, podem também serarmazenadas em células de identificação selecionadas deuma cabeça de impressão. Nesta concretização, asinformações sobre características físicas de revisão deproduto podem ser utilizadas pela impressora para ajustaras alterações nas características físicas entre asrevisões do produto.

As células EPROM acopladas a porta configuradas destaforma podem também ser usadas para muitas outrasfinalidades, além das acima citadas. Devido ao fato de acarga sobre a porta flutuante do transistor EPROM (2 82 naFig.8) ser cumulativa, essa configuração pode ser usadapara armazenar quantidades cumulativas. Por exemplo, numacabeça de impressão a jato de tinta, as células EPROMacopladas a porta podem ser sucessivamente reprogramadaspara rastrear o número de páginas impressas, ou paraoutras finalidades. Já que a programação de células EPROMmodifica a tensão limite da célula EPROM 270, aprogramação sucessiva dessas células pode ser usada paracontrolar circuitos análogos, tal como para criar umretardo de tempo variável. Outras aplicações são tambémpossíveis.

Fica entendido que as disposições acima citadas sãoilustrativas da aplicação dos princípios da presenteinvenção. Será óbvio para o habilitado na técnica quenumerosas modificações poderão ser feitas sem fugir dosprincípios e conceitos da invenção, conforme estabelecemas reivindicações.

Claims (10)

1. Célula EPROM em um circuito de controle de cabeça deimpressão, para uma impressora a jato de tinta, ocircuito de controle tendo um substrato semicondutor, umae apenas uma camada de polisilício disposta acima dosubstrato semicondutor, e uma camada condutiva dispostaacima da camada de polisilício, caracterizada pelo fatode compreender:um transistor de controle, tendo uma porta flutuante quecompreende uma porção da camada de polisilício;um transistor EPROM, tendo uma porta flutuante quecompreende uma porção da camada de polisilício; euma interconexão elétrica, compreendendo uma porção dacamada condutiva, interconectando a porta flutuante dotransistor de controle e a porta flutuante do transistorEPROM.

2. Célula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o transistor de controle compreender umprimeiro terminal de controle e um segundo terminal decontrole, compreendendo ainda uma interconexão elétricaentre o primeiro e segundo terminais de controle.

3. Célula, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de a interconexão elétrica entre o primeiro esegundo terminais de controle compreender umaresistência.

4. Célula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o transistor de controle compreender umprimeiro terminal de controle e um segundo terminal decontrole, e o transistor EPROM compreender um dreno,compreendendo ainda uma interconexão elétrica entre osegundo terminal de controle do transistor de controle eo dreno do transistor EPROM.

5. Célula, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadapelo fato de a interconexão elétrica entre o segundoterminal de controle do transistor de controle e o drenodo transistor EPROM compreender uma resistência.

6. Célula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o transistor de controle compreender umprimeiro terminal de controle e um segundo terminal decontrole, e o transistor EPROM compreender um dreno,compreendendo ainda uma interconexão elétrica entre oprimeiro e o segundo terminais de controle do transistorde controle e o dreno do transistor EPROM.

7. Célula, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadapelo fato de a interconexão elétrica entre o primeiro e osegundo terminais de controle do transitor de controle eo dreno do transistor EPROM incluir uma resistência.

8. Célula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de uma carga predeterminada aplicada à portaflutuante do transistor EPROM ser cumulativa, de formaque a célula EPROM possa ser sucessivamente carregadapara armazenar valores cumulativos.

9. Célula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o transistor de controle incluir uma conexãode dreno e o transistor EPROM incluir uma conexão defonte, e compreender ainda uma linha de entrada,conectada à conexão de dreno do transistor de controle,por meio do que sinais de programação podem ser providosao transistor EPROM.

10. Célula, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de compreender ainda umtransistor de comando tendo um dreno conectado à fonte dotransistor EPROM, uma porta do transistor de comandoestando associada com uma linha de pré-carga, uma linhade seleção, e uma linha de dados de uma série de célulasde disparo, por meio do que a programação e a leitura dacélula EPROM podem ser controladas através de sinaisenviados pela linha de entrada e pela linha de pré-carga,linha de seleção e linha de dados.