电噪声分析的高阶统计量应用软件研究

论文摘要

随着现代集成电路与系统的复杂程度的提高,电子材料与器件的退化现象的研究日益成为一个凸现的问题,因为它直接关系到材料与器件的质量和可靠性。低频噪声测试技术以其无损性,高灵敏度,测试系统成本较低和操作过程简便等优良特性,在该研究领域获得了广泛的应用。就像经典的信号处理方法一样,传统的电噪声分析方法是基于功率谱分析技术的,但是电子材料和器件的许多微观结构演化的复杂相互作用使得其电噪声有可能呈现出非高斯,非线性和非平稳等非常规特性,而这些特性又与其退化过程密切相关。传统的电噪声分析技术无法对这些噪声信号进行有效的检测和分析。在现代信号处理中,处理此类具有非常规特性的数学分析工具是高阶统计量,即高阶统计量分析。本文根据高阶统计量定义及估计算法,并参考相关程序设计方法,在Matlab6.5平台下编写设计了简易的适用于电噪声分析的高阶统计量应用软件,并进行了初步的调试验证。实现了可用于电噪声分析的常用基本高阶统计量的估计,以及基于高阶统计量检测信号非高斯性的应用算法,检测非线性二次相位耦合信号的应用算法和检测信号非平稳性的应用算法。进而利用这些高阶统计量分析的算法和软件,分别对几种不同机制的模拟和实测电噪声时间序列——即对模拟散粒噪声,模拟二次相位耦合信号,金属Al互联电迁移实测1/f噪声,MOSFET辐照实测1/f噪声——进行了不同角度的分析,并对所检测的结果的意义进行了初步的分析和讨论。这些基于高阶统计分析方法所得到的结论可为从事该领域学习和研究人员提供有益的参考和借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文结构
• 第二章 电噪声的高阶统计量分析法
• 2.1 电噪声分析基础
• 2.1.1 电噪声的特点和分类
• 2.1.2 电噪声的传统分析过程
• 2.2 高阶统计量分析法
• 2.2.1 高阶统计量简介
• 2.2.2 高阶谱分析与功率谱分析的关系
• 2.3 电噪声的高阶统计量分析的意义
• 2.3.1 高阶统计量与信号的非常规特性
• 2.3.2 电噪声的非常规特性
• 2.3.3 传统电噪声分析方法的不足
• 第三章 高阶统计量分析应用软件
• 3.1 应用软件的结构
• 3.2 基本高阶统计量的估计和实现
• 3.2.1 时域高阶统计量
• 3.2.2 频域高阶统计量
• 3.3 信号非高斯非线性的检测与实现
• 3.3.1 Hinich检测算法的原理
• 3.3.2 软件的模拟验证
• 3.4 非线性耦合信号的检测与实现
• 3.4.1 基于参数化双谱的检测算法的原理
• 3.4.2 软件的模拟验证
• 3.5 信号非平稳性的检测与实现
• 3.5.1 Wigner高阶谱
• 3.5.2 基于Wigner双谱的检测算法的原理
• 3.5.3 软件的模拟验证
• 3.6 应用软件的图形界面
• 第四章 高阶统计量应用软件的电噪声分析
• 4.1 对模拟散粒噪声的分析
• 4.2 对模拟二次相位耦合信号的分析
• 4.3 对Al互联电迁移噪声的分析
• 4.4 对MOSFET辐照噪声的分析
• 4.5 高阶电噪声分类法
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果