DE102011080189A1

DE102011080189A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik

Info

Publication number: DE102011080189A1
Application number: DE102011080189A
Authority: DE
Inventors: Dieter Gallein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-07
Also published as: CN102914736A; US20130035892A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1, 1') zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik (19), insbesondere eines Detektormoduls eines Computertomographen. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Verarbeitungszentrale (5), die im Betrieb Testabläufe definiert und/oder Ergebnisdaten (ED, EDa, EDb) aus den Testabläufen weiterarbeitet, eine mit der Verarbeitungszentrale (5) verbundene Ablaufeinheit (23), die im Betrieb nach einer Entgegennahme von Definitionen der Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale (5) diese Testabläufe unabhängig durchführt und die mit einer Kontaktvorrichtung (21) zur Kontaktierung der Verarbeitungselektronik (19) gekoppelt ist, einen Signalgenerator (7), der Testsignale (TS) auf die Verarbeitungslogik (19) einleitet, und mindestens eine Triggereinheit (13, 13a, 13b), die im Betrieb in Echtzeit einen Beginn eines durch die Ablaufeinheit (23) durchgeführten Testablaufs und eine Einleitung der Testsignale (TS) durch den Signalgenerator (7) miteinander synchronisiert. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen einer derartigen Verarbeitungselektronik (19).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik, insbesondere einer integrierten Schaltung eines Detektormoduls eines Computertomographen, d.h. so ausgebildet, dass ein solches Detektormodul damit geprüft werden kann.
Detektormodule von Computertomographen umfassen meist eine Vielzahl von Detektorelementen, deren Verarbeitungselektronik vor der Montage eines Detektors auf ihre Qualität hin untersucht werden soll. Die Prüfung bzw. Qualifizierung von Verarbeitungselektroniken, insbesondere von Detektorverstärkern, speziell analog-digitalen Detektorverstärkern, erfordert eine möglichst rauscharme Mess- bzw. Prüfumgebung (Messen und Prüfen werden hierbei allgemein synonym eingesetzt), die Verfälschungen der Eigenschaften dieser hochauflösenden Detektorverstärker möglichst minimiert. So werden beispielsweise Rausch-, Drift- und Linearitätsfehler sowie Fehler in Bezug auf andere Parameter während der Prüfung durch die Prüfungsumgebung bevorzugt so klein gehalten, dass sie möglichst vernachlässigbar sind.
In der DE 10 2004 050 615 A1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen einer derartigen Verarbeitungselektronik offenbart. Die Prüfung der Verarbeitungselektronik erfolgt hier durch eine Prüfstromerzeugungseinrichtung, die einen Prüfstrom auf die zu prüfende Verarbeitungselektronik absetzt. Die hieraus von der Verarbeitungselektronik generierten Signale werden durch eine Abgreifvorrichtung abgegriffen und mithilfe einer nachgeschalteten Mess- und Auswertevorrichtung ausgewertet.
In einer solchen Anordnung werden also beispielsweise die Detektorverstärker des Detektors mittels einer Stromquelle eingangsseitig stimuliert und ein Ausgangssignal der Verarbeitungselektronik entweder analog-digital gewandelt oder gleich in digitaler Form vorgelegt. Das entsprechende Ausgangssignal der Verarbeitungselektronik wird von Messgeräten oder Rechnern eingelesen und verarbeitet. Dabei werden Mess- bzw. Prüfdaten berechnet und die Ergebnisse beispielsweise tabellarisch bzw. grafisch dargestellt.
Als Stromquelle bzw. Prüfstromerzeugungseinrichtung kann beispielsweise ein handelsübliches Gerät der Firma Keithley, Typ 6430, Sub-Femtoamp Remote SourceMeter verwendet werden. Als Messgerät für die Ausgangssignale der Verarbeitungselektronik kann zum Beispiel ein herkömmlicher Personal Computer verwendet werden, über dessen Druckerschnittstelle die digitalen Daten aus der zu prüfenden Verarbeitungselektronik eingelesen werden. Dazu ist eine Anpassung der zeitdiskreten Ausgangssignale der Verarbeitungselektronik an das Timing der Abläufe des Computers erforderlich. Diese Anpassung erfordert Amplituden-, Inpedanz- und Geschwindigkeitsanpassungen der Eingangsschnittstelle. Es können optional anstatt der Druckerschnittstelle auch schnellere PC-Steckkarten als Schnittstellen verwendet werden, die parallele digitale Eingänge im Mikrosekundenbereich wandeln können. Weiterhin können handelsübliche Logikanalysatoren als Analyseeinheit von digitalen seriellen oder parallelen Ausgangssignalen der Verarbeitungselektronik, insbesondere von Detektorverstärkern verwendet werden. Beispielsweise bietet die Firma Agilent mit dem Typ 16702 einen solchen Logikanalysator an.
Ein zentrales Problem bei der Durchführung der Prüfung mithilfe solcher Vorrichtungen besteht darin, dass der Prüfprozess selbst, d.h. die Aussendung von Prüfsignalen und die Entgegennahme und Weiterverarbeitung der Ergebnisdaten, also der Ausgangssignale der Verarbeitungselektronik, mit den inneren Abläufen des Messgeräts, also des PCs im Timing koordiniert werden muss. Dies stellt einen hochkomplizierten Prozess dar, der umso schwerer koordinierbar ist, je mehr Verarbeitungselektroniken gleichzeitig geprüft werden sollen:
Bevorzugt wird nämlich eine Messung über zahlreiche Kanäle, das heißt von zwei bis zu mehr als 1000 Kanäle, gleichzeitig in sehr kurzer Zeit. Die Messungen finden einem Zeitraum statt, der vom Mikrosekundenbereich bis relativ langen Zeiten reichen kann, nämlich von 100 Sekunden bis zu 24 Stunden. All dies soll außerdem möglichst driftarm erfolgen, um die Messergebnisse nicht zu verfälschen. Die gemessenen Ströme liegen nur im Bereich von Femto- bis Mikro-Ampere, was die Prüfung weiterhin deutlich verkompliziert, speziell bei Messungen über mehrere Kanäle.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, wie die Prüfung einer Verarbeitungselektronik, insbesondere der Verarbeitungselektronik der oben näher angegebenen Art, verbessert werden kann. Eine solche Verbesserung betrifft insbesondere die Effektivität und/oder Effizienz des Ablaufs und/oder die Qualität der erzielbaren Prüfergebnisse und/oder die Geschwindigkeit der Prüfung bzw. die Menge an gleichzeitig überprüfbaren Verarbeitungselektroniken bzw. Untereinheiten einzelner Verarbeitungselektroniken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.
Entsprechend umfasst eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mindestens folgende Elemente:

– eine Verarbeitungszentrale, die im Betrieb Testabläufe definiert und/oder Ergebnisdaten aus den Testabläufen weiterverarbeitet,
– eine mit der Verarbeitungszentrale verbundene Ablaufeinheit, die im Betrieb nach einer Entgegennahme von Definitionen der Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale diese Testabläufe unabhängig durchführt und die mit einer Kontaktvorrichtung zur Kontaktierung der Verarbeitungselektronik gekoppelt ist,
– einen Signalgenerator, der Testsignale auf die Verarbeitungslogik einleitet, und
– mindestens eine Triggereinheit, die im Betrieb in Echtzeit einen Beginn eines durch die Ablaufeinheit durchgeführten Testablaufs und eine Einleitung der Testsignale durch den Signalgenerator miteinander synchronisiert.

Eine solche zu testende Verarbeitungselektronik umfasst bevorzugt einen Detektorverstärker eines solchen Detektormoduls, der beispielsweise als analog-digitaler Detektorverstärker realisiert sein kann. Entsprechend ist die Vorrichtung dann zur Prüfung eines solchen Detektorverstärkers ausgebildet.
Analog dazu umfasst ein Verfahren der eingangs genannten Art mindestens folgende Schritte:

– Definition von Testabläufen für die Verarbeitungselektronik in einer Verarbeitungszentrale,
– Entgegennahme von Definitionen der Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale und unabhängige Durchführung dieser Testabläufe durch eine mit der Verarbeitungszentrale verbundene Ablaufeinheit, die mit einer Kontaktvorrichtung zur Kontaktierung der Verarbeitungselektronik gekoppelt ist,
– Einleitung von Testsignalen auf die Verarbeitungslogik durch einen Signalgenerator,
– Synchronisierung eines Beginns eines durch die Ablaufeinheit durchgeführten Testablaufs und einer Einleitung der Testsignale durch den Signalgenerator mittels einer Triggereinheit in Echtzeit, und
– optionale Weiterverarbeitung von Ergebnisdaten aus den Testabläufen in der Verarbeitungszentrale.

Ein solches Verfahren kann mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Die Verarbeitungszentrale kann als eine zentrale Datenverarbeitungs- und/oder Datengenerierungseinheit charakterisiert werden. Sie kann beispielsweise auf einem Rechner, etwa einem herkömmlich ausgestatteten und ggf. mit entsprechender Zusatzsoftware bestückten Personal Computer, realisiert sein. Die Verarbeitungszentrale definiert Testabläufe, das heißt sie generiert sie und/oder wählt sie aus, beispielsweise aus einer Datenbank. Die Definitionen der Testabläufe werden in der Folge auch als Testablaufdaten bezeichnet.
Derartige Testabläufe bzw. Testablaufdaten können beispielsweise in Form von Testprogrammen bzw. Testprogrammsequenzen hinterlegt sein. Die Verarbeitungszentrale kann als eine, beispielsweise in einem Gehäuse angeordnete, integrale Einheit realisiert sein, sie kann jedoch auch mehrere voneinander funktional und/oder räumlich separierte Einheiten umfassen, etwa Prozessoren oder Teile von Prozessoren, die voneinander separiert sind und einander nur funktional zugeordnet sind. Es können also beispielsweise auf einem ersten Rechner Daten generiert werden, die die Testabläufe definieren, während ein zweiter Rechner der reinen Verarbeitung der Prüf-Ergebnisdaten aus dem erfindungsgemäßen Verfahren zugeordnet ist. Solche Einheiten sind bevorzugt über ständige oder zeitweise netzwerkartige Verbindungen miteinander verknüpft.
Dieser Verarbeitungszentrale ist die Ablaufeinheit zugeordnet, die jedoch nach der Entgegennahme der notwendigen Informationen zu den Testabläufen diese Testabläufe selbstständig, das heißt unabhängig von der Verarbeitungszentrale durchführt. Sie ist mit einer Kontaktvorrichtung zum Kontaktieren der Verarbeitungselektronik gekoppelt, bevorzugt elektrisch bzw. elektronisch gekoppelt, etwa über eine galvanische Kopplung.
Der Signalgenerator leitet Testsignale auf die Verarbeitungslogik ein. Dies kann direkt erfolgen oder auch unter Zuhilfenahme weiterer Einheiten, die zwischen dem Signalgenerator und der Verarbeitungselektronik angeordnet sind.
Der Testablauf, der durch die Ablaufeinheit durchgeführt wird, und die Einleitung der Testsignale durch den Signalgenerator werden miteinander synchronisiert. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine Triggereinheit, die eine Echtzeit-Synchronisierung durchführt. Die Triggereinheit ist dabei unabhängig von Signalen aus der Verarbeitungszentrale, sobald alle Informationen über die durchzuführenden Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale vorliegen.
Mit einer Echtzeit-Synchronisierung ist eine solche Synchronisierung von Abläufen gemeint, bei der Wartevorgänge innerhalb der Abläufe eine vorhersehbare Dauer aufweisen. Es kann mithilfe der Triggereinheit sowohl in Richtung des Signalgenerators als auch in Richtung der Ablaufeinheit eine Anzahl von Triggersignalen abgesandt werden und dann davon ausgegangen werden, dass die Aktionen der des Signalgenerators und der Ablaufeinheit genau miteinander koordiniert getaktet bzw. synchronisiert durchgeführt werden. Diese Echtzeittriggerung ist vollkommen unabhängig von der Verarbeitungszentrale und daher schneller und effektiver mit deutlich besser voraussehbaren Testdurchführungen als wenn das Prüfungsverfahren wie bisher komplett von der Verarbeitung aus zentral gesteuert würde.
Die Fehleranfälligkeit und Ineffektivität wird deutlich reduziert: Bisher war ja eine Echtzeit-Synchronisierung aufgrund der internen Programmabläufe von Rechnern nicht möglich war. Jetzt hingegen werden durch die Entkopplung der Definition eines Testablaufs von seiner eigentlichen Durchführung durch voneinander in diesen Abläufen separierte Einheiten diese Echtzeit-Synchronisierung und ein entsprechend vereinfachter Verfahrensablauf erstmals möglich. Im Endeffekt ergeben sich hieraus schnellere Abläufe, klar definierte Zuordnungen von Verfahrensschnitten des Signalgenerator und der Ablaufeinheit und sogar eine Kaskadierbarkeit einzelner Prüfsysteme, die parallel in einer Zeitauflösung im Mikrosekundenbereich Daten verarbeiten, das heißt beispielsweise digitalisieren können.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird daher ein sehr kompaktes Mittel bereitgestellt, das klare Abläufe vorgibt, wodurch um die Verarbeitungselektronik herum das Systemrauschen des Prüfplatzes minimiert wird. Im Effekt können so das Eigenrauschen, der Drift, die Linearität und weitere analoge und digitale Parameter unterschiedlicher Verarbeitungselektroniken individuell qualifiziert werden. Es wird damit eine gleichzeitige Qualifizierung beziehungsweise Überprüfung von 100.000 oder mehr Kanälen bei einer sehr hohen Signalauflösung von 32 Bit mit einer hohen Datenrate von beispielsweise 850 Mbit pro Sekunde oder gar mehr ermöglicht. Daraus ergibt sich eine präzise und gleichzeitig schnelle Messung. Die analoge Auflösung der einzelnen Messkanäle reicht somit problemlos vom Rauschen im Femto-Amperebereich bis zu Messsignalen im Mikroampere-Bereich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ganz oder teilweise in Form von Hardware realisiert sein, sie kann jedoch auch auf einem oder mehreren Prozessoren operierende bzw. betreibbare Softwarebausteine umfassen. Daher umfasst die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Prüfsystems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Prüfsystem ausgeführt wird.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann das Verfahren auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zur Vorrichtung und gemäß den Ausführungen in der folgenden Beschreibung weitergebildet sein und umgekehrt die Vorrichtung entsprechend dem Verfahren, wie es im folgenden näher spezifiziert wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst die Ablaufeinheit eine programmierbare Speichereinheit, insbesondere einen FPGA. Ein solcher FPGA (Field Programmable Gate Array) ist ein integrierter Schaltkreis, in den eine logische Schaltung programmiert werden kann. In den FPGA bzw. eine andere programmierbare Speichereinheit können von der Verarbeitungszentrale Definitionen von Testabläufen bzw. eine die Testabläufe repräsentierende Programmbefehlsstruktur hinterlegt werden. Dadurch können die Testabläufe danach, koordiniert durch die Triggereinheit eigenständig und ohne weiteren Import von Daten aus der Verarbeitungszentrale erfolgen. Ein FPGA ist ein einfach erhältlicher Standardbaustein und daher besonders geeignet für die Ablaufeinheit: mit ihm können unkompliziert und ohne größere Kosten und Bereitstellungsaufwand die Voraussetzungen für eine unabhängig arbeitende Ablaufeinheit bereitgestellt werden.
Um die vollkommene Unabhängigkeit der Ablaufeinheit von der Verarbeitungszentrale während der Durchführung der Prüfung der Verarbeitungselektronik sicherstellen zu können, ist es bevorzugt, dass die Ablaufeinheit mit einer von der Verarbeitungszentrale unabhängigen Stromversorgung verbunden ist. Hierzu kann beispielsweise eine Batterie dienen oder ein Standardnetzteil etwa ein 5V-Standardnetzteil, das die Ablaufeinheit eigens mit Strom versorgt und sie dadurch während des Testablaufs autark macht. Auch andere Arten von Stromversorgungen, beispielsweise eine andersartige Netzversorgung oder eine andere Art von Stromspeicher können in diesem Zusammenhang Verwendung finden.
Was den Signalgenerator angeht, so ist es besonders vorteilhaft, wenn dieser an eine Signalgebungseinheit angeschlossen ist. Die Signalgebungseinheit ist so ausgebildet, dass sie Signale direkt auf die Verarbeitungselektronik abgibt, während der Signalgenerator hierfür nur die Steuerbefehle beziehungsweise Informationen liefert. Es ist mit anderen Worten zwischen den Signalgenerator und die Verarbeitungselektronik noch eine eigene Vorrichtung geschaltet, die speziell durch sie generierte Signale an die Verarbeitungselektronik aussendet.
Solche Signale können beispielsweise elektrische bzw. elektronische Signale seien, die direkt über eine galvanische Kopplung in die Verarbeitungselektronik eingespeist werden. Bevorzugt ist es, dass die Signalgebungseinheit eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Lichtquelle, umfasst. Eine solche Lichtquelle kann beispielsweise eine Anzahl von LEDs umfassen.
Bei Abgabe von elektromagnetischer Strahlung wird die Verarbeitungselektronik indirekt mit Signalen versorgt: Dies basiert auf demselben Prinzip, aufgrund dessen das Detektormodul später im Betrieb eines Computertomographen funktioniert: Wellen werden durch das Detektormodul in elektrische Ladungen umgewandelt, so dass die Verarbeitungselektronik die elektrischen Ladungen in Form von elektrischen bzw. elektronischen Signalen weiterverarbeiten beziehungsweise weitergeben kann. Im Betrieb würden Röntgenstrahlen auf das Detektormodul gesandt. Dort werden sie entweder direkt in Ladung umgewandelt oder mittels einer Szintillationsschicht zuerst in Lichtstrahlung im sichtbaren Bereich und dann mittels einer Fotozelle wiederum Ladungen umgewandelt. Da die Aussendung von Röntgenstrahlung auf das Detektormodul mit relativ hohem Aufwand und Sicherheitsproblemen verbunden ist, ist es besonders bevorzugt, dass die elektromagnetischen Wellen Lichtwellen (im sichtbaren und/oder nicht-sichtbaren Bereich) umfassen. Es wird also die Umwandlung von Röntgenstrahlung in Lichtstrahlung umgangen und gleich Lichtsignale im das Detektormodul eingespeist. Dennoch ist es prinzipiell denkbar, auch Röntgenstrahlung oder Strahlung anderer Wellenlängen auf das Detektormodul zu geben und entsprechend umwandeln zu lassen. Dieses ist insbesondere dann der Fall, wenn das Detektormodul so ausgebildet ist, dass es im Betrieb eine solche elektromagnetische Strahlung bzw. solche elektromagnetische Wellen direkt in elektrische Ladungen umwandelt ohne den Umweg einer Umwandlung in Licht.
Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass mindestens die Kontaktvorrichtung, bevorzugt auch weitere Komponenten, die in direktem Zusammenhang mit der Signalgebung und der Entgegennahme der Testsignale stehen, in ein lichtdichtes Gehäuse eingehaust ist bzw. sind. Als lichtdichtes Gehäuse wird in diesem Zusammenhang ein solches Gehäuse definiert, das die auf das Detektormodul beziehungsweise auf die Verarbeitungselektronik gerichteten elektromagnetischen Wellen von der Außenwelt effektiv abschirmt, wobei hierunter eine Abschirmung von mindestens 80 % nach außen hin bzw. von außen nach innen verstanden wird, besonders bevorzugt mindestens 95 %.
Ein solches Gehäuse dient einerseits dem Schutz von Bedienern vor unerwünschten Strahlungseinflüssen. Andererseits bewirkt es, dass nicht versehentlich Licht oder andere Strahlung im Detektormodul bzw. in der Verarbeitungselektronik eintrifft, was die Prüfergebnisse erheblich verfälschen würde. Eine solche Einhausung kann daher auch dann sinnvoll sein, wenn statt Signalen in Form von elektromagnetischen Wellen direkt elektrische Signale auf die Verarbeitungselektronik gegeben werden. Auch in diesem Falle könnte nämlich eintreffendes Licht im Detektormodul zu einer zusätzlichen Generierung von Ladungsträgern in der Verarbeitungselektronik führen, was das Messergebnis erheblich verfälschen könnte.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Kontaktvorrichtung an eine Stromversorgungseinheit zur Versorgung der Verarbeitungselektronik mit Betriebsstrom angeschlossen ist. Derartige Stromversorgungseinheiten vertreibt beispielsweise die Firma Hameg unter dem Namen "Programmable Power Supply HM 7044". Auch eine solche Stromversorgungseinheit kann als autarke Einheit analog zur Stromversorgung der Ablaufeinheit ausgebildet sein, das heißt beispielsweise als Batterie oder als unabhängiges Netzversorgungsteil, es ist jedoch besonders bevorzugt, dass diese Stromversorgungseinheit von der Verarbeitungszentrale gesteuert wird. Dies bedeutet, dass die Verarbeitungszentrale beispielsweise die notwendige Stromversorgung bereitstellt und/oder die Stromversorgungseinheit regelt. Da die Kontaktvorrichtung selbst keine eigenen Programmabläufe definiert bzw. ausführt, sondern dies durch die Ablaufeinheit, die Triggereinheit und den Signalgenerator erfolgt, ist es nicht zwingend notwendig, dass die Kontaktvorrichtung in ihrer Stromversorgung autark ist.
Im Rahmen von Versuchen hat sich ergeben, dass aufgrund des selbstständig durchgeführten Testablaufs durch die Ablaufeinheit, den Signalgenerator und die Triggereinheit keine besonders schnelle Datenverbindung zwischen der Verarbeitungszentrale und der Ablaufeinheit notwendig ist. Vielmehr können Testergebnisdaten in der Ablaufeinheit beispielsweise in Form von Datenpaketen vorab abgespeichert und dann in die Zentraleinheit zur weiteren Auswertung eingespeist werden. Es wird daher besonders bevorzugt zwischen der Verarbeitungszentrale und der Ablaufeinheit eine einfache, standardisierte Schnittstelle verwendet. In diesem Zusammenhang hat sich ergeben, dass die Verwendung eine Ethernet-Schnittstelle, die die Verarbeitungszentrale mit der Ablaufeinheit verbindet, besonders vorteilhaft, weil einfach herzustellen (bzw. bereits üblicherweise vorhanden) und zu kontrollieren ist. Andere ähnlich geartete Schnittstellen, insbesondere andere Personal Computer Standardschnittstellen, können grundsätzlich auch verwendet werden, wobei dies jeweils von der Ausgestaltung des Testablaufs und der restlichen Hardware abhängig und daher mit diesen abzustimmen ist.
Was die Triggereinheit angeht, so kann es sich hierbei beispielsweise um eine einfache Triggerbuchse handeln, sie kann jedoch auch mindestens teilweise softwaremäßig realisiert sein, wie oben erwähnt. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Triggereinheit eine so genannte Trigger-IN/OUT-Einheit umfasst, besonders bevorzugt eine solche mit mehreren, beispielsweise jeweils vier, Ein- und/oder Ausgangs-Kanälen. Sie ist dann so ausgebildet, dass sie den Beginn des Testablaufs und die Einleitung der Testsignale so miteinander synchronisiert, dass sowohl ein Beginn des Testablaufs die Einleitung der Testsignale bewirkt als auch eine Einleitung der Testsignale den Beginn des Testablaufs. Es kann also beispielsweise ein Signal aus der Ablaufeinheit, das anzeigt, dass der Testablauf gestattet werden soll, durch die Triggereinheit dazu verwendet werden, den Signalgenerator zu aktivieren. Anders herum kann auch ein Signal des Signalgenerators, das anzeigt, dass dieser Testsignale auf die Verarbeitungselektronik abgeben wird, verwendet werden, um den Beginn eines Testablauf mithilfe der Ablaufeinheit zu aktivieren.
Prinzipiell ist es möglich, eine einzelne Verarbeitungselektronik über eine einzelne Kontaktvorrichtung für sich alleine zu prüfen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung bietet jedoch auch die Möglichkeit, und dies ist besonders bevorzugt, dass gleichzeitig mehrere Verarbeitungselektroniken geprüft werden, d.h. dass eine Kaskadierung einzelner Prüfbausteine geschaltet wird, die jeweils mindestens eine Verarbeitungselektronik praktisch simultan abprüfen.
Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl von Kontaktvorrichtungen aufweist, die jeweils mit der Verarbeitungszentrale verbunden sind. Hierzu können Triggersignale über mehrere Triggereinheiten jeweils weitergeleitet werden, wobei jeder Kontaktvorrichtung dann bevorzugt eine Triggereinheit zugeordnet ist.
Die Vorrichtung umfasst daher vorteilhafter Weise prinzipiell, jedoch besonders, wenn eine Mehrzahl von Kontaktvorrichtungen vorhanden ist, eine Mehrzahl von Triggereinheiten. Im Endeffekt wird es hierdurch möglich, einen Testablauf für mehrere Verarbeitungselektroniken in mehreren Kontaktvorrichtungen durchzuführen. Dies geschieht mithilfe einer Synchronisierung der Testabläufe mit den jeweiligen Einleitungen von Testsignalen auf diese mehreren Verarbeitungselektroniken. Triggersignale können hierzu von einer Triggereinheit zur nächsten weitergegeben werden, wobei bevorzugt bis auf höchstens eine Triggereinheit alle Triggereinheiten als Trigger-IN/OUT-Einheiten ausgebildet sind.
Dies bedeutet, dass es möglich ist, die letzte Triggereinheit in der Reihe von Trägereinheiten – generell gesagt also genau eine Triggereinheit – so auszubilden, dass sie den Beginn des Testablaufs und die Einleitung der Testsignale so miteinander synchronisiert, dass sie entweder bei einem Beginn des Testablaufs die Einleitung der Testsignale bewirkt oder eine Einleitung der Testsignale den Beginn des Testablaufs. Es handelt sich bei dieser speziellen Triggereinheit also um eine reine Trigger-IN-Einheit ohne Ausgangskanal, die nur Eingangssignale verarbeitet und keine Ausgangssignale generiert.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine schematische Blockdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
3 eine schematische Block-Ablaufdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik, hier eines Detektorverstärkers 19, eines Detektormoduls eines Computertomographen. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Verarbeitungszentrale 5, hier realisiert als Personal Computer mit entsprechender Zusatzsoftware. Die Verarbeitungszentrale 5 ist über eine Ethernetschnittstelle 25 mit Komponenten 19, 21, 23 verbunden, die sich innerhalb eines lichtdichten Gehäuses 3 befinden.
Die erste dieser Komponenten 23 ist eine Ablaufeinheit 23, die einen FPGA 15 umfasst. Die Ablaufeinheit 23 ist mit einer zweiten Komponente, einer Kontaktvorrichtung 21 galvanisch verbunden, mit der als dritte Komponente eine zu testende Verarbeitungselektronik 19 kontaktiert ist. Der Ablaufeinheit 23 ist eine Triggereinheit 13 zugeordnet, die außerdem mit einem Signalgenerator 7 verbunden ist. Die Triggereinheit 13 synchronisiert die Aktionen des Signalgenerator 7 und der Ablaufeinheit 23.
Der Signalgenerator 7 ist auch mit der Verarbeitungszentrale 5 verbunden und empfängt von dieser erste Testablaufdaten TAD₁. Er generiert hieraus Testsignal-Befehle TSB, die er an eine Signalgebungseinheit 17 sendet, die innerhalb des Gehäuses 3 positioniert ist. Die Signalgebungseinheit 17 umfasst eine Lichtquelle und sendet als Testsignale TS elektromagnetische Wellen in Form von sichtbarem Licht auf die Verarbeitungselektronik 19 bzw. auf ein mit der Verarbeitungselektronik 19 verbundenes Detektormodul (nicht dargestellt). Das Detektormodul generiert aus den optischen Testsignalen TS Ladungsträger, die die Verarbeitungselektronik 19 in Verstärkersignale VS umwandelt. Die Verstärkersignale VS werden über die Kontaktvorrichtung 21 in die Ablaufeinheit 23 einspeist. Die Ablaufeinheit 23 empfängt über die Ethernetschnittstelle 25 aus der Bearbeitungszentrale 5 zweite Testablaufdaten TAD₂, die die gleichen Testablaufdaten TAD₁ umfassen können, die auch der Signalgenerator 7 empfängt. Auf jeden Fall korrespondieren die ersten und zweiten Testablaufdaten TAD₁, TAD₂ miteinander inhaltlich, das heißt sie können komplementär zueinander sein oder sind mindestens teilweise identisch, während andere Teile der jeweiligen Testablaufdaten TAD₁, TAD₂ unterschiedlich sein können und für den Signalgenerator 7 beziehungsweise die Ablaufeinheit 23 spezifische Inhalte umfassen.
Die Ablaufeinheit 23 wird unabhängig durch eine Stromversorgung 11 in Form eines 5V-Standardnetzteils mit einem Betriebsstrom BS₁ versorgt. Die Kontaktvorrichtung 21 wird mit Betriebsstrom BS₂ über eine weitere Stromversorgungseinheit 9 versorgt, die über Kontrollsignale CS aus der Verarbeitungszentrale 5 gesteuert wird. Der Signalgenerator 7 wird mit Betriebsstrom BS₃ aus der Verarbeitungszentrale 5 direkt gespeist.
Wie erwähnt ist zwischen der Ablaufeinheit 23 und dem Signalgenerator 7 die Triggereinheit 13 angeordnet. Sie synchronisiert die Aktionen der Ablaufeinheit 23 und des Signalgenerator 7. Dies bedeutet, dass die Ablaufeinheit 23 erste Startsignale SS₁ an die Triggereinheit 13 weitergibt, die signalisieren, wann die Ablaufeinheit 23 mit der Einleitung eines Testablauf beginnt. Alternativ oder ergänzend sendet der Signalgenerator 7 an die Triggereinheit 13 zweite Startsignale SS₂ ab, die signalisieren, wann der Signalgenerator 7 mit der Einleitung von Testsignalen TS in die Verarbeitungselektronik 19 beginnt. Die Triggereinheit 13 generiert aus den ersten Startsignalen SS₁ Triggersignale TO₂, die zur Echtzeit-Triggerung der Einleitung der Testsignale TS (indirekt) an den Signalgenerator 7 gesandt werden. Andersherum generiert die Triggereinheit 13 aus den zweiten Startsignalen SS₂ Triggersignale TO₁, die zur Echtzeit-Triggerung des Beginns des Testablaufs an die Ablaufeinheit 23 gesandt werden. Es erfolgt also eine Echtzeit-Synchronisierung der Aktionen des Signalgenerators 7 und der Ablaufeinheit 23.
Im Endeffekt bedeutet diese Anordnung, dass der eigentliche Testablauf vollkommen unabhängig von weiteren Inputs aus der Verarbeitungszentrale 5 rein aufgrund der autarken Aktionen der Ablaufeinheit 23 und des Signalgenerators 7 über die Triggereinheit 13 gesteuert und durchgeführt werden kann. Aus der Verarbeitungszentrale 5 müssen lediglich die Testablaufdaten TAD₁, TAD₂ für den Signalgenerator 7 bzw. die Ablaufeinheit 23 bezogen werden. Sobald diese Testablaufdaten TAD₁, TAD₂ dort vorliegen, läuft der Testablauf unabhängig von der Verarbeitungszentrale 5 ab. Im Endeffekt werden in der Ablaufeinheit 23 dann Ergebnisdaten ED generiert, die wiederum über die Ethernetschnittstelle 25 an die Verarbeitungszentrale 5 weitergegeben und dort letztendlich verarbeitet bzw. ausgewertet werden können. Damit ist es also erstens Aufgabe und Zweck der Verarbeitungszentrale 5, einen geeigneten Testablauf vorab zu definieren und die entsprechenden Testablaufdaten TAD₁, TAD₂ an den Signalgenerator 7 bzw. an den FPGA 15 der Ablaufeinheit 23 geeignet weiterzugeben. Zweitens verarbeitet sie die Ergebnisdaten ED im Nachgang zur Prüfung und wertet sie aus.
2 zeigt in stark vereinfachter Form eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'. Sie umfasst wiederum eine Verarbeitungszentrale 5, einen Signalgenerator 7 und eine Mehrzahl lichtdichter Gehäuse 3a, 3b, hier exemplarisch zwei Gehäuse 3a, 3b. Der Übersichtlichkeit halber sind hier Stromversorgungen, wie sie in 1 gezeigt wurden, nicht mit dargestellt. In den beiden Gehäusen 3a, 3b sind Komponenten (nicht dargestellt) analog zu den in 1 gezeigten Komponenten angeordnet. Dies bedeutet, dass insbesondere in jedem Gehäuse 3a, 3b eine Ablaufeinheit 23 und eine Kontaktvorrichtung 21 angeordnet sind. Außerdem ist in jedem Gehäuse 3a, 3b eine Signalgebungseinheit 17 lichtdicht eingehaust und mit dem Signalgenerator 7 über eine eigene Verbindung verbunden.
In 2 ist erkennbar, dass jedem Gehäuse 3a, 3b und damit jeder Ablaufeinheit 23 bzw. jeder Kontaktvorrichtung 21 eine Triggereinheit 13a, 13b zugeordnet ist. Die Gehäuse 3a, 3b und ihre Komponenten sind durch die Triggereinheiten 13a, 13b miteinander verbunden, und die Testabläufe in ihrem Inneren können durch die Triggereinheiten 13a, 13b in Echtzeit miteinander synchronisiert werden. Jedes der beiden Gehäuse 3a, 3b bzw. seine darin enthaltene Ablaufeinheit ist auch mit der Verarbeitungszentrale 5 verbunden.
Die Verarbeitungszentrale 5 sendet an die einzelnen Ablaufeinheiten 23 in den Gehäusen 3a, 3b wiederum Testablaufdaten TAD₂ und erhält nach Durchführung der Prüfung aus den einzelnen Gehäusen 3a, 3b von deren jeweiligen Ablaufeinheiten 23 individuelle Ergebnisdaten ED_a, ED_b, die Testergebnisse der Tests der jeweils in den Gehäusen getesteten Verarbeitungselektroniken 19 umfassen bzw. repräsentieren. Ebenso sendet die Verarbeitungszentrale 5 analog zu den Ausführungen in Zusammenhang mit 1 Testablaufdaten TAD₁ an den Signalgenerator 7. Dieser leitet hieraus Testsignalbefehle TSB (nicht gezeigt) ab und sendet diese Testsignalbefehle TSB an jede der beiden Signalgebungseinheiten 17 in den beiden Gehäusen 3a, 3b. Die Signalgebungseinheiten 17 leiten in ihren Gehäusen 3a, 3b jeweils Testsignale TS auf dort mit den Kontaktvorrichtungen 21 kontaktierten Verarbeitungselektroniken 19.
Zur Synchronisierung der Testabläufe und der Einleitung von Testsignalen TS in den einzelnen Gehäusen 3a, 3b einerseits und zur Synchronisierung dieser Abläufe zwischen den beiden Gehäusen 3a, 3b werden wiederum Startsignale SS₂ vom Signalgenerator 7 an die erste Triggereinheit 13a im ersten Gehäuse 3a abgegeben. Hieraus generiert die erste Triggereinheit 13a, die als IN/OUT-Triggereinheit 13a ausgebildet ist, Triggersignale TO₃, die sie an die zweite Triggereinheit 13b in dem zweiten Gehäuse 3b weiterleitet. Diese zweite Triggereinheit 13b ist als reine IN-Triggereinheit 13b ausgestaltet. Im Endeffekt erfolgt so zwischen den einzelnen Ablaufeinheiten 23 in den Gehäusen 3a, 3b über die beiden Triggereinheiten 13a, 13b in Zusammenarbeit mit dem Signalgenerator 7 eine unabhängige Prüfung der Verarbeitungselektroniken 19 in den jeweiligen Gehäusen 3a, 3b, nachdem die Testablaufdaten TAD₁, TAD₂ von der Verarbeitungszentrale 5 empfangen worden sind.
Die in 2 gezeigte Schaltung basierte also auf dem Prinzip der Kaskadierung. Im vorliegenden Fall sind nur zwei Gehäuse 3a, 3b dargestellt, selbstverständlich (und bevorzugt) kann jedoch eine größere Mehrzahl von einzelnen Einheiten zu Testung von Verarbeitungselektroniken hintereinander angeordnet werden.
Die 3 zeigt schematische Blockdarstellung eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik 19, das nun vor dem Hintergrund der Darstellungen aus 1 näher erläutert wird:
In einem ersten Schritt A werden Testabläufe für die Verarbeitungselektronik 19 in der Verarbeitungszentrale 5 definiert. In einem zweiten Schritt B werden Definitionen der Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale 5 entgegengenommen und unabhängig von der Verarbeitungszentrale 5 durch die Ablaufeinheit 23 durchgeführt. Hierzu leitet in einem Schritt C der Signalgenerator 7 Testsignale TS in die Verarbeitungselektronik 19 ein. Die beiden Schritte B und C werden in einem Synchronisierungsschritt D so miteinander in Echtzeit synchronisiert. Damit wird gewährleistet, dass der Beginn des durch die Ablaufeinheit 23 durchgeführten Testablaufs und die Einleitung der Testsignale TS durch den Signalgenerator 7 miteinander vollumfassend koordiniert und dadurch optimal zeitlich aufeinander abgestimmt sind. Optional kann in einem Schritt E eine Weiterverarbeitung von Ergebnisdaten ED aus den Testabläufen in der Verarbeitungszentrale 5 erfolgen.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Komponenten der Vorrichtung bzw. ihrer einzelnen Komponenten lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Außerdem können „Einheiten“ aus einer oder mehreren, auch räumlich verteilt angeordneten, Komponenten bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004050615 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1, 1') zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik (19), insbesondere einer integrierten Schaltung eines Detektormoduls eines Computertomographen, umfassend: – eine Verarbeitungszentrale (5), die im Betrieb Testabläufe definiert und/oder Ergebnisdaten (ED, ED_a, ED_b) aus den Testabläufen weiterverarbeitet, – eine mit der Verarbeitungszentrale (5) verbundene Ablaufeinheit (23), die im Betrieb nach einer Entgegennahme von Definitionen (TAD₁, TAD₂) der Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale (5) diese Testabläufe unabhängig durchführt und die mit einer Kontaktvorrichtung (21) zur Kontaktierung der Verarbeitungselektronik (19) gekoppelt ist, – einen Signalgenerator (7), der Testsignale (TS) auf die Verarbeitungslogik (19) einleitet, und – mindestens eine Triggereinheit (13, 13a, 13b), die im Betrieb in Echtzeit einen Beginn eines durch die Ablaufeinheit (23) durchgeführten Testablaufs und eine Einleitung der Testsignale (TS) durch den Signalgenerator (7) miteinander synchronisiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ablaufeinheit (23) eine programmierbare Speichereinheit, insbesondere einen FPGA, umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ablaufeinheit (23) mit einer von der Verarbeitungszentrale (5) unabhängigen Stromversorgung (11) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Signalgenerator (7) an eine Signalgebungseinheit (17) angeschlossen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Signalgebungseinheit (17) Quelle für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Lichtquelle, umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktvorrichtung (21) an eine Stromversorgungseinheit (9) zur Versorgung der Verarbeitungselektronik (19) mit Betriebsstrom (BS₂) angeschlossen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Stromversorgungseinheit (9) von der Verarbeitungszentrale (5) gesteuert wird.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktvorrichtung (21) in ein lichtdichtes Gehäuse (3, 3a, 3b) eingehaust ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungszentrale (5) und die Ablaufeinheit (23) über eine Ethernet-Schnittstelle (25) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Triggereinheit (13, 13a) so ausgebildet ist, dass sie den Beginn des Testablaufs und die Einleitung der Testsignale (TS) so miteinander synchronisiert, dass sowohl ein Beginn des Testablaufs die Einleitung der Testsignale (TS) bewirkt als auch eine Einleitung der Testsignale (TS) den Beginn des Testablaufs.
Vorrichtung (1') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl von Kontaktvorrichtungen (21).
Vorrichtung (1') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl von Triggereinheiten (13, 13a, 13b).
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Triggereinheit (13b) so ausgebildet ist, dass sie den Beginn des Testablaufs und die Einleitung der Testsignale (TS) so miteinander synchronisiert, dass sie entweder bei einem Beginn des Testablaufs die Einleitung der Testsignale (TS) bewirkt oder eine Einleitung der Testsignale (TS) den Beginn des Testablaufs.
Verfahren zum Prüfen einer Verarbeitungselektronik (19), insbesondere einer integrierten Schaltung eines Detektormoduls eines Computertomographen, umfassend folgende Schritte: – Definition (A) von Testabläufen für die Verarbeitungselektronik (19) in einer Verarbeitungszentrale (5), – Entgegennahme (B) von Definitionen der Testabläufe aus der Verarbeitungszentrale (5) und unabhängige Durchführung dieser Testabläufe durch eine mit der Verarbeitungszentrale (5) verbundene Ablaufeinheit (23), die mit einer Kontaktvorrichtung (21) zur Kontaktierung der Verarbeitungselektronik (19) gekoppelt ist, – Einleitung (C) von Testsignalen (TS) auf die Verarbeitungslogik (19) durch einen Signalgenerator (7), – Synchronisierung (D) eines Beginns eines durch die Ablaufeinheit (23) durchgeführten Testablaufs und einer Einleitung der Testsignale (TS) durch den Signalgenerator (7) mittels einer Triggereinheit (13, 13a, 13b) in Echtzeit, und – optionale Weiterverarbeitung (E) von Ergebnisdaten (ED, ED_a, ED_b) aus den Testabläufen in der Verarbeitungszentrale (5).
Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Prozessor eines programmierbaren Prüfsystems ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß Anspruch 14 auszuführen, wenn das Programmprodukt auf dem Prüfsystem ausgeführt wird.