DE102008038356B4

DE102008038356B4 - Zählratengesteuertes Schema einer elektronischen Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals für hohe Signalintensitäten

Info

Publication number: DE102008038356B4
Application number: DE200810038356
Authority: DE
Inventors: Gerald Dr. Eckstein; Björn-Oliver Dr. Eversmann; Alexander Frey; Ingo KÜHNE; Meinrad Dr. Schienle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: DE102008038356A1

Abstract

Elektronische Schnittstellenschaltung zur analogen Aufbereitung und zur Analog-Digital-Wandlung eines Ladungssignals, mit
einer elektronischen Schaltung (4) zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals als ein Eingangssignal einer elektronischen Komparatorschaltung (5) zur Analog-Digital-Wandlung, wobei die elektronische Schaltung (4) das stabile Basispegelsignal mittels Herausregelung eines ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz aus dem Ladungssignal bereitstellt und die digitalisierten Ladungssignale einer Zähleinrichtung (6) zugeführt werden, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (7) zur Auswertung einer durch die Zähleinrichtung (6) bereitgestellten Information einer Zählrate derart, dass die elektronische Schaltung (4) zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals einen durch eine große Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkten zweiten niederfrequenten Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz beibehält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schnittstellenschaltung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, eine Verwendung einer derartigen Schnittstellenschaltung gemäß dem Nebenanspruch und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des zweiten Nebenanspruchs.
Ein hinsichtlich niedriger Strahlendosen und Systemkosten attraktives Konzept zur Realisierung von Computertomographen beruht auf der Verwendung direkt wandelnder Keramiken, wie es beispielsweise CdTe ist. Treffen Röntgenquanten auf eine derartige geeignete Keramik, wird eine Ladung erzeugt, die eine Signalinformation enthält.
Die DE 196 16 545 B4 offenbart einen schnellen Strahlungsdetektor für hochenergetische Strahlung mit einem Halbleiterkörper aus CdTe oder GaAs, mit einer ersten und einer zweiten Elektrode auf einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen des Halbleiterkörpers, zu Anlegen einer Betriebsspannung, mit einer Diodenstruktur zwischen erster und zweiter Elektrode, und mit einer Messvorrichtung zum Bestimmen des durch die Strahlung generierten Signalstroms zwischen erster und zweiter Elektrode.
Wesentlicher Bestandteil derartiger Systeme ist eine Schnittstellenschaltung. Eine derartige herkömmliche Schnittstellenschaltung ist in 1 dargestellt. Eine derartige Schnittstellenschaltung bereitet das primäre Ladungssignal analog auf und wandelt dieses digital. Die Ladung wird in einer Eingangsstufe in eine Spannung gewandelt und das resultierende Signal wird von einem so genannten Pulsformer modifiziert. Eine nachgeschaltete elektronische Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals, die ebenso als Base- Line-Restorer(BLR)-Schaltung bezeichnet wird, dient zur Etablierung eines stabilen Basispegelsignals für die Digitalisierung des Signals mit Hilfe einer Komparatorschaltung. Die auf diese Weise ermittelten Signalergebnisse werden in einem Zähler gespeichert.
Im Folgenden wird insbesondere auf die Funktion der elektronischen Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals eingegangen. Eine Grundanforderung an diese Schaltung ist, die hochfrequenten Signale möglichst unverändert zu belassen, während überlagerte langsame Signalanteile, wie dies beispielsweise Drift oder ungewünschte konstante Gleichstrom-(DC)Anteile sind, weggeregelt werden sollen. Elektronische Schaltungen zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals arbeiten dabei so, dass ein Fehlersignal, das eine Differenz zu einer Referenzpegel-Sollspannung VBL ist, je nach Vorzeichen mit den Regelraten r_dn oder r_up weggeregelt wird. Dies ist ebenso durch 1 dargestellt. Die Unterdrückung unerwünschter langsamer Signalanteile erfolgt dabei mit Zeitkonstanten, die sich aus der Größe des Fehlersignals und den Raten ergibt. 2 zeigt, welche Auswirkungen sich auf das Nutzsignal ergeben, und wie sich eine geforderte Referenzpegel-Sollspannung VBL oder allgemein ein gefordertes Referenzpegelsignal verhält. Es lassen sich folgende Beziehungen angeben, unter welchen Bedingungen das Basispegelsignal auf den nominalen Wert geregelt werden kann. Es wird dabei auf 2 Bezug genommen:
Die Zeit t_rec entspricht den Abständen zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen. Üblicherweise muss ein Computertomograph Intensitäten über viele Größenordnungen auflösen, beispielsweise fünf Größenordnungen. Niedrige Intensitäten entsprechen dabei einem großen Wert für die Zeit t_rec und dementsprechend kann die elektronische Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals gut funktionieren. Eine erhöhte Intensität übersetzt sich in eine verkleinerte Zeit t_rec und irgendwann sind die Bedingungen der Gleichung (1) nicht mehr erfüllt und das Basispegelsignal kann nicht mehr auf seinem nominalen Wert gehalten werden.
2 zeigt den Zusammenhang zwischen Regelraten r_dn oder r_up und Abstand der Signalimpulse. Gestrichelt dargestellte Abschnitte entsprechen Zeitbereichen, bei denen das aktuelle Basispegelsignal vom Sollwert abweicht. In den dick linierten Bereichen ist das Basispegelsignal richtig eingestellt.
Ein Maß für die Zeit t_rec ist die über die Zeit gemittelte Spannung des Signals. 3 zeigt entsprechende Werte aufgeteilt nach positiven, negativen Anteilen und der gemittelten Gesamtspannung für simulierte Signalverläufe. Für den Verlauf über der Intensität lassen sich zwei Bereiche erkennen. Für kleine bis mittlere Intensitäten verläuft die Kurve mit einem flacheren Anstieg als im Bereich von hohen Intensitäten. Der Übergang der beiden Bereiche findet im gezeigten Beispiel bei einer Intensität von 1/30 bis 1/20 (dies entspricht einer Dämpfung 20 bis 30) statt. Betrachtet man die Signale im Zeitbereich, erkennt man, dass beim Übergang von kleinen zu mittleren Intensitäten der Abstand der Signalpulse sich lediglich verkleinert, während die Pulse bei höheren Intensitäten sich auf einem Gleichstrom-(DC-)Sockel befinden. Dies ist in 4 dargestellt. Es ergibt sich damit ein Problem, beispielsweise beim Wechsel von niedrig zu hohen Intensitäten. Der im Signal enthaltene DC-Sockel führt zu einer Absenkung des gesamten Signalverlaufs in Bezug auf die Referenzpegel-Sollspannung VBL. Dies ist in 5 dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein generelles Problem, da die gewollte Funktion der elektronischen Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals das Ausregeln von DC-Signalen ist. Die elektronische Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals kann prinzipiell nicht zwischen nicht zu regelnden DC-Signalanteilen und zu regelnden unerwünschten DC-Signalen unterscheiden.
6 zeigt den herkömmlichen Ansatz zur Stabilisierung des Referenzpegelsignals im Fall hoher Intensitäten. Die Zeiten <t_DC+> und <t_DC–> sind im statistischen Mittel auftretende Zeitabschnitte für positive und negative Signale. Die grundsätzliche Idee zur Stabilisierung des Referenzpegelsignals besteht in der Kompensation der Referenzpegelsignal-Drift während der positiven und negativen Signalphasen durch eine geeignete Wahl der Regelraten r_dn und r_up. Für die positiven und negativen Signalphasen ergeben sich im statistischen Mittel folgende Basispegelsignal-Driften: ΔVdn = V .dn·〈tDC+〉 und ΔVup = V .up·〈tDC–〉( 2)
Zur Stabilisierung des Basispegelsignals im zeitlichen Mittel wird nun gefordert: ΔVdn = ΔVup (3)
Daraus ergibt sich ein Kriterium für das Verhältnis der Regelraten:
Der herkömmliche Ansatz weist folgende Nachteile auf:
Die Basispegelsignal-Stabilität kann nur im statistischen Mittel erreicht werden. Temporär können in Abhängigkeit des Signalverlaufs relevante Abweichungen zustande kommen.
Ein weiterer Nachteil ist, dass die Optimierung der Basispegelsignal-Stabilität nur für ein festes Verhältnis der Signaleigenschaften <t_DC+> und <t_DC–> erfolgen kann. Variieren diese Parameter in Abhängigkeit der Intensität, lässt sich das Verfahren nur in einem engen Bereich um eine gewählte Intensität ausführen.
Die US 6,278,391 B1 offenbart einen Analog-Digital-Wandler, bei dem ein fehlerhafter Gleichstrom-Offset von Signalen über eine Rückkopplung herausgeregelt wird.
Die US 5,689,115 offenbart einen Detektor für Gammastrahlen, dessen Lichtsignale in elektrischen Strom umgewandelt werden und ein störendes Gleichstromniveau von einem Signal abgezogen wird.
Gemäß der US 3,501,708 ist eine Base-Line-Restorer-Schaltung offenbart, bei der nach jedem Puls eine Drift eines Signals auf eine Referenzspannung zurückgeführt wird und damit eine hohe Auflösung bei hohen Zählraten erreicht wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektronische Schnittstellenschaltung zur analogen Aufbereitung und zur Analog-Digital-Wandlung von Ladungssignalen, eine Verwendung sowie ein entsprechendes Verfahren, insbesondere für einen Computertomographen, derart bereitzustellen, dass eine verwendete elektronische Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals (Base-Line-Restorer(BLR-)Schaltung) einen durch eine große Ladungssignalintensität bewirkten niederfrequenten Ladungssignalanteil beibehält und nicht herausregelt.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch, eine Verwendung und ein Verfahren gemäß den Nebenansprüchen gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Schnittstellenschaltung zur analogen Aufbereitung und zur Analog-Digital-Wandlung eines Ladungssignals bereitgestellt, mit einer elektronischen Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals als ein Eingangssignal einer elektronischen Komparatorschaltung zur Analog-Digital-Wandlung, wobei die elektronische Schaltung das stabile Basispegelsignal mittels Herausregelung eines ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz aus dem Ladungssignal bereitstellt und die digitalisierten Ladungssignale einer Zähleinrichtung zugeführt werden, wobei eine Einrichtung zur Auswertung einer durch die Zähleinrichtung bereitgestellten Information einer Zählrate derart geschaffen ist, dass die elektronische Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals einen durch eine große Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkten zweiten niederfrequenten Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz beibehält.
Gemäß einem zweiten Aspekt erfolgt eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Schnittstellenschaltung in einem Computertomographen, wobei direkt wandelnde Keramiken mit einer Fläche, Röntgenquanten in das Ladungssignal wandeln.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum analogen Aufbereiten und zum Analog-Digital-Wandeln eines Ladungssignals bereitgestellt, mit den Schritten:
Herausregeln eines ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz aus dem Ladungssignal zum Bereitstellen eines stabilen Basispegelsignals;
Analog-Digital-Wandeln des stabilen Basispegelsignals;
Zählen von Ladungssignalimpulsen im digital gewandelten stabilen Basispegelsignal; gekennzeichnet durch
Beibehalten eines durch eine große Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkten zweiten niederfrequenten Ladungssignalsanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz im Ladungssignal anhand einer Zählrate.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Unterscheidung eines auszuregelnden unerwünschten DC (Direct Current, Gleichstrom) oder Driftanteils von einer nicht zu regelnden DC-Signalkomponente mit Hilfe der Auswertung der Information einer Zählrate.
Es werden für die Zählrate, die Ladungsintensität und niedere Frequenzen folgende Größenordnungen angenommen:

Große Zählrate: 1E9 Quanten/mm²s

Mittlere Zählrate: 5E7 Quanten/mm²s

Kleine Zählrate: 1E4 Quanten/mm²s
Dabei ist die Einheit die Anzahl der durch Bestrahlung pro Fläche einer bestrahlten Wandlerkeramik und Zeitdauer erzeugten Quanten.
Energie eines typischen Quants: 90 keV, Bandlücke vom Wandlerkristall: 1.5 eV. Daraus ergibt sich, dass typisch 90 keV/1.5 eV = 6e4 Elektron-Loch-Paare pro Quant erzeugt werden. Daraus ergeben sich aus der Multiplikation der Zählrate mit der Anzahl der Elektron-Loch-Paare und der Elementarladung von 1,6E-19C folgende Ladungsintensitäten:

Große Ladungsintensität: 9,6E-6 C/mm²s

Mittlere Ladungsintensität: 4,8E-7 C/mm²s

Kleine Ladungsintensität: 9,6E-11 C/mm²s.
Als niederfrequente Signale werden solche mit Frequenzen kleiner 100 kHz betrachtet.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:
Die Basispegelsignal-Stabilität kann im Prinzip zu jedem Zeitpunkt und nicht lediglich wie herkömmlicher Weise im statistischen Mittel bewirkt werden.
Die Basispegelsignal-Stabilität hängt nicht von statistischen Eigenschaften des Signalverlaufs ab.
Die Basispegelsignal-Stabilität kann prinzipiell auch für einen Bereich hoher Intensität erzielt werden und nicht nur für einen ausgewählten Intensitätswert wie gemäß dem herkömmlichen Schema.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung regelt die elektronische Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals den ersten niederfrequenten Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz mittels einer Regeldifferenz des Ladungssignals zu einem Referenzpegelsignal in Regelraten heraus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind das Ladungssignal eine Ladungssignalspannung und das Referenzpegelsignal eine Referenzpegel-Sollspannung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Auswertung eine Rückkopplungs-Einrichtung, die ebenso Feedbackeinrichtung genannt werden kann, zur Nachführung der Referenzpegel-Sollspannung VBL der elektronischen Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals auf der Grundlage der Zählrate. Die Zählrateninformation wird über eine geeignete Rückkopplungsschaltung verwendet, um die Referenzpegel-Sollspannung VBL der elektronischen Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals geeignet nachzuführen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erster Fall zu unterscheiden, dass infolge einer kleinen bis mittleren Ladungssignalintensität im Bereich von 9,6 × 10^–11 C/mm²s ± 40% bis 4,8 × 10^–7 C/mm²s ± 40% die Zählrate im Bereich von 1 × 10⁴ Quanten/mm²s ± 40% bis 5 × 10⁷ Quanten/mm²s ± 40% klein bis mittel ist, das Referenzpegelsignal konstant bleibt und der erste niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz vollständig herausgeregelt wird. Bleibt die Zählrate konstant, ist der Wert der Referenzpegel-Sollspannung VBL unverändert und DC-Komponenten und/oder Driften werden ausgeregelt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein zweiter Fall zu unterscheiden, dass infolge einer großen Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% die Zählrate im Bereich von 10⁹ Quanten/mm²s ± 40% groß ist, das Referenzpegelsignal von der Rückkopplungseinrichtung im Vergleich zum ersten Fall verringert und damit der durch die große Ladungssignalintensität 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkte zweite niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz beibehalten wird. D. h., erhöht sich die Zählrate, was im herkömmlichen Schema zu einem Absinken des Signalverlaufs führt, wie dies 5 darstellt, wird die Referenzpegel-Sollspannung in geeigneter Weise von der Rückkopplungs-Schaltung zu kleineren Werten nachgeführt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste und zweite niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz ein Gleichstrom und/oder ein Driftanteil.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Ladungssignal einer Einrichtung zur Wandlung des Ladungssignals in eine elektrische Spannung zugeführt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Einrichtung zur Wandlung des Ladungssignals in eine elektrische Spannung, eine zur Modifizierung dieser Spannung dienende Pulsformer-Einrichtung nachgeschaltet, der die elektronische Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals nachgeschaltet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Komparatorschaltung ein Komperatorschwellensignal zugeführt. Sind Anteile des stabilen Basispegelsignals größer als das Komperatorschwellensignal wird eine digitale „eins” erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen direkt wandelnde Keramiken CdTe oder GaAs auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Herausregeln des ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mittels einer Regeldifferenz des Ladungssignals zu einem Referenzpegelsignal in Regelraten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Nachführen des Referenzpegelsignals anhand der Zählrate.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein herkömmliches Ausführungsbeispiel einer Schnittstellenschaltung;
2 eine Darstellung für den Zusammenhang zwischen Regelraten und Abstand der Signalpulse;
3 Darstellungen von zeitlich gemittelten Signalanteilen für verschiedene Signalintensitäten;
4 eine Darstellung von zeitlichen Signalverläufen für verschiedene Intensitäten;
5 eine schematische Darstellung des Regelproblems der elektronischen Schaltung zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals bei Wechsel der Intensität von niedrig zu hoch;
6 eine Darstellung des herkömmlichen Ansatzes zur Stabilisierung des Referenzpegelsignals im Fall hoher Intensitäten;
7 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für eine Schnittstellenschaltung;
8 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren.
1 zeigt eine herkömmliche Schnittstellenschaltung zur analogen und digitalen Signalverarbeitung eines Detektorsignals. Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Detektor. Bezugszeichen 2 kennzeichnet eine Einrichtung zur Wandlung des Ladungssignals in eine elektrische Spannung. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine zur Modifizierung der erzeugten elektrischen Spannung dienende Pulsformer-Einrichtung. Bezugszeichen 4 kennzeichnet eine elektronische Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals zur Herausregelung eines niederfrequenten Ladungssignalanteils mittels Herausregelns einer Ladungssignalspannungsdifferenz zu einer Referenzpegel-Sollspannung VBL mit Regelraten und zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals für die mittels einer elektronischen Komparatorschaltung 5 bereitgestellten Analog-Digital-Wandlung, wobei die digitalisierten Ladungssignale einer Zähleinrichtung 6 zugeführt werden. Eine Grundanforderung an die elektronische Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals ist, die hochfrequenten Signale möglichst unverändert zu belassen, während überlagerte langsame Signalanteile weggeregelt werden sollen. Elektroni sche Schaltungen 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals funktionieren dabei so, dass ein Fehlersignal, d. h. die Differenz zur Referenzpegel-Sollspannung VBL, je nach Vorzeichen mit den Raten r_dn oder r_up weggeregelt wird.
2 zeigt den Zusammenhang zwischen Regelraten r_dn oder r_up und Abstand der Signalpulse. Gestrichelt dargestellte Abschnitte entsprechen Zeitbereichen, bei denen das aktuelle Basispegelsignal vom Sollwert abweicht, in den dick linierten Bereichen ist das Basispegelsignal richtig eingestellt.
3 zeigt zeitlich gemittelte Signalanteile für verschiedene Signalintensitäten. 3a) zeigt lediglich positive Signalanteile. 3b) zeigt lediglich negative Signalanteile. 3c) zeigt gemittelte Signalanteile. Die Größe Dämpfung oder „Attenuation” auf der x-Achse hat folgende Bedeutung. Eine Dämpfung von 1 entspricht einem vollen Signal. Eine Dämpfung von 10 entspricht einem 1/10 Signal usw.
4 zeigt eine schematische Darstellung der zeitlichen Signalverläufe für verschiedene Intensitäten. Dabei ist der linke Signalverlauf, der einer niedrigen Intensität der Ladungssignale. Die mittlere Darstellung zeigt eine mittlere Intensität der Ladungssignale und die rechte Darstellung zeigt eine hohe Intensität der Ladungssignale. Eine hohe Intensität führt zu einem zusätzlichen DC-Signalsockel V_DC+.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Regelproblems einer elektronischen Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals bei wechselnder Intensität von niedrig nach hoch. Der im Signal enthaltene DC-Signalsockel führt zu einer Absenkung des gesamten Signalverlaufs in Bezug auf die Referenzpegel-Sollspannung VBL.
6 zeigt den herkömmlichen Ansatz zur Stabilisierung des Referenzpegelsignals im Fall hoher Intensitäten. Die Zeiten <t_DC+> und <t_DC–> sind die statistischen Mittel der auftretenden Zeitabschnitte für positive und negative Signale. Die grundsätzliche Idee zur Stabilisierung des Referenzpegelsignals besteht in der Kompensation der Referenzpegelsignal-Drift während der positiven und negativen Signalphasen durch eine geeignete Wahl der Regelraten r_dn und r_up.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Schema. Dabei weist die Anordnung alle Bestandteile der herkömmlichen Vorrichtung gemäß 1 auf. Zusätzlich ist eine Einrichtung zur Auswertung einer durch die Zähleinrichtung 6 bereitgestellten Information einer Zählrate bereitgestellt. Die Information der Zählrate wird derart verwendet, dass die elektronische Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals einen durch eine große Ladungssignalintensität bewirkten niederfrequenten Ladungssignalanteil beibehält. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zur Auswertung eine Rückkopplungseinrichtung 7 zur Nachführung der Referenzpegel-Sollspannung VBL der elektronischen Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals anhand der gemessenen aktuellen Zähllrate. Die Information am Zähler 6 wird verwendet, um mit einer geeigneten Rückkopplungs-Schaltung 7 die Referenzpegel-Sollspannung VBL für das Basispegelsignal geeignet nachzuführen. Gemäß diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel können zwei Fälle unterschieden werden. Ein erster Fall, dass die Zählrate in Grenzen konstant und klein oder mittel ist, der Wert der Referenzpegel-Sollspannung VBL konstant bleibt und ein niederfrequenter Ladungssignalanteil vollständig aus dem Ladungssignal herausgeregelt wird.
Einen zweiten Fall, dass die Zählrate infolge einer großen Ladungssignalintensität groß ist, die Referenzpegel-Sollspannung VBL von der Rückkopplungs-Einrichtung 7 zu kleineren Werten nachgeführt und der durch die große Ladungssignalintensität bewirkte niederfrequente Ladungssignalanteil im Ladungssignal beibehalten wird. Dabei ist ein niederfrequenter Ladungssignalanteil allgemein ein Gleichstrom und/oder ein Driftanteil. Weitere niederfrequente Ladungssignalanteile sind ebenso möglich.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Dabei ist ein Schritt S1 ein mittels einer elektronischen Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals erfolgendes Herausregeln eines niederfrequenten Ladungssignalanteils mittels Herausregelns einer Ladungssignalspannungsdifferenz zu einer Referenzpegel-Sollspannung VBL mit Regelraten r_dn und r_up. Ein Schritt S2 ist ein mittels der elektronischen Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals erfolgendes Bereitstellen eines stabilen Basispegelsignals für das mittels einer elektronischen Komparatorschaltung 5 ausgeführte Analog-Digital-Wandeln. Ein Schritt S3 ist das Zuführen der digitalisierten Ladungssignale zu einer Zähleinrichtung 6. In einem Schritt S4 erfolgt ein Auswerten einer durch die Zähleinrichtung 6 bereitgestellten Information der Zählrate derart, dass die elektronische Schaltung 4 zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals einen durch eine große Ladungssignalintensität bewirkten niederfrequenten Ladungssignalanteil nicht herausregelt. Der Detektor 1 kann beispielsweise in einem Computertomographen bereitgestellt sein. In einem Computertomographen werden Röntgenquanten mit direkt wandelnden Keramiken in das primäre Ladungssignal gewandelt. Die verwendeten Keramiken können beispielsweise CdTe oder GaAs sein.

Claims

Elektronische Schnittstellenschaltung zur analogen Aufbereitung und zur Analog-Digital-Wandlung eines Ladungssignals, mit einer elektronischen Schaltung (4) zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals als ein Eingangssignal einer elektronischen Komparatorschaltung (5) zur Analog-Digital-Wandlung, wobei die elektronische Schaltung (4) das stabile Basispegelsignal mittels Herausregelung eines ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz aus dem Ladungssignal bereitstellt und die digitalisierten Ladungssignale einer Zähleinrichtung (6) zugeführt werden, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7) zur Auswertung einer durch die Zähleinrichtung (6) bereitgestellten Information einer Zählrate derart, dass die elektronische Schaltung (4) zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals einen durch eine große Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkten zweiten niederfrequenten Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz beibehält.
Schnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (4) zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals den ersten niederfrequenten Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz mittels einer Regeldifferenz des Ladungssignals zu einem Referenzpegelsignal in Regelraten herausregelt.
Schnittstellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungssignal eine Ladungssignalspannung und das Referenzpegelsignal eine Referenzpegel-Sollspannung (VBL) sind.
Schnittstellenschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (7) zur Auswertung eine Rückkopplungseinrichtung zur Nachführung des Referenzpegelsignals anhand der Zählrate ist.
Schnittstellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen ersten Fall, dass infolge einer kleinen bis mittleren Ladungssignalintensität im Bereich von 9,6 × 10^–11 C/mm²s ± 40% bis 4,8 × 10^–7 C/mm²s ± 40% die Zählrate im Bereich von 1 × 10⁴ Quanten/mm²s ± 40% bis 5 × 10⁷ Quanten/mm²s ± 40% klein bis mittel ist, das Referenzpegelsignal konstant bleibt und der erste niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz vollständig herausgeregelt wird.
Schnittstellenschaltung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen zweiten Fall, dass infolge einer großen Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% die Zählrate im Bereich von 10⁹ Quanten/mm²s ± 40% groß ist, das Referenzpegelsignal von der Rückkopplungseinrichtung (7) im Vergleich zum ersten Fall verringert und damit der durch die große Ladungssignalintensität 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkte zweite niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz beibehalten wird.
Schnittstellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz ein Gleichstrom und/oder ein Driftanteil ist.
Schnittstellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungssignal einer Einrichtung (2) zur Wandlung des Ladungssignals in eine elektrische Spannung zugeführt wird.
Schnittstellenschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung zur Wandlung des Ladungssignals in eine elektrische Spannung, eine zur Modifizierung dieser Spannung dienende Puls-Former-Einrichtung (3) nachgeschaltet ist, der die elektronische Schaltung (4) zur Bereitstellung eines stabilen Basispegelsignals nachgeschaltet ist.
Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparatorschaltung (5) ein Komparatorschwellensignal zugeführt ist.
Verwendung einer Schnittstellenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, in einem Computertomographen, wobei direkt wandelnde Keramiken mit einer Fläche, Röntgenquanten in das Ladungssignal wandeln.
Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramiken CdTe oder GaAs aufweisen.
Verfahren zum analogen Aufbereiten und zum Analog-Digital-Wandeln eines Ladungssignals, mit den Schritten: Herausregeln eines ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz aus dem Ladungssignal zum Bereitstellen eines stabilen Basispegelsignals; Analog-Digital-Wandeln des stabilen Basispegelsignals; Zählen von Ladungssignalimpulsen im digital gewandelten stabilen Basispegelsignal; gekennzeichnet durch Beibehalten eines durch eine große Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkten zweiten niederfrequenten Ladungssignalsanteils mit einer Frequenz kleiner 100 kHz im Ladungssignal anhand einer Zählrate.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Herausregeln des ersten niederfrequenten Ladungssignalanteils mittels einer Regeldifferenz des Ladungssignals zu einem Referenzpegelsignal in Regelraten.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Nachführen des Referenzpegelsignals anhand der Zählrate.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, gekennzeichnet durch einen ersten Fall, dass infolge einer kleinen bis mittleren Ladungssignalintensität im Bereich von 9,6 × 10^–11 C/mm²s ± 40% bis 4,8 × 10^–7 C/mm²s ± 40% die Zählrate im Bereich von 1 × 10⁴ Quanten/mm²s ± 40% bis 5 × 10⁷ Quanten/mm²s ± 40% klein bis mittel ist, das Referenzpegelsignal konstant bleibt und der erste niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz vollständig herausgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch einen zweiten Fall, dass infolge einer großen Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% die Zählrate im Bereich von 1 × 10⁹ Quanten/mm²s ± 40% groß ist, das Referenzpegelsignal im Vergleich zum ersten Fall verringert und damit der durch die große Ladungssignalintensität um 9,6 × 10^–6 C/mm²s ± 40% bewirkte zweite niederfrequente Ladungssignalanteil mit einer Frequenz kleiner 100 kHz beibehalten wird.