多尺度熵方法用于電子器件噪聲分析.pdf

1、電子器件的內(nèi)部噪聲(特別是以1/f噪聲為代表的低頻噪聲)中包含了大量關(guān)于器件質(zhì)量和可靠性的信息。傳統(tǒng)的噪聲分析使用的是基于功率譜的頻域分析法，這種方法只注重噪聲信號的整體關(guān)聯(lián)性，而忽略了噪聲信號時間序列的內(nèi)在復雜度。通常用熵方法來表征時間序列的無規(guī)則程度和復雜度。以前提出的基于熵的分析方法都是單尺度分析，這些方法在處理實際噪聲信號時會得到不一致的結(jié)果。而實際的噪聲信號如1/f噪聲具有不同時間尺度上的相關(guān)性，其內(nèi)在的復雜度與多尺度上的相關(guān)

2、性有著密切的聯(lián)系。為了克服基于單尺度的熵分析方法所存在的問題，并考慮到時間序列內(nèi)在的不同尺度上的相關(guān)性，本文將多尺度熵分析方法應(yīng)用于電子器件噪聲分析。 本文先分析了多尺度熵方法的原理并提取其算法，然后設(shè)計軟件實現(xiàn)了算法。通過對白噪聲和1/f噪聲的多尺度熵分析，證明了1/f噪聲復雜度大于白噪聲的復雜度。根據(jù)不同形狀的熵曲線，多尺度熵可區(qū)分4種噪聲模型(分數(shù)布朗運動、自組織臨界性模型、一維耗散模型和隨機電報信號疊加)產(chǎn)生的1/f噪聲

3、，也能區(qū)分同一模型在不同條件下產(chǎn)生的噪聲時間序列。在實際應(yīng)用中，多尺度熵方法從模型上證明了小尺寸MOSFET1/f噪聲是由RTS噪聲疊加形成的可能性，這種結(jié)果與理論預測完全吻合。此外該方法用于金屬互連電遷移噪聲信號分析，發(fā)現(xiàn)多尺度熵分析方法能表征電遷移過程中噪聲類型的變化和因內(nèi)部機制改變引起的復雜度變化，這比用頻率指數(shù)γ來表征電遷移過程更全面。 本文研究為現(xiàn)有的噪聲分析方法提供了一種新方法，并從理論和實際信號分析上驗證了該方法的