ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2019, № 11 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Адаптивные алгоритмы измерения параметров низкочастотного шума полупроводниковых приборов

В.А. Сергеев1,2,3,4, С.Е. Резчиков3,4,5,6

1 УФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Ульяновск, Россия
2 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
3 Ульяновский государственный технический университет, Ульяновск, Россия
4 Ulyanovsk State Technical University, Россия
5 АО «Ульяновский механический завод», Ульяновск, Россия
6 JSC «Ulyanovsk Mechanical Plant»
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.11.3 УДК 621.382.8.017.7 EDN QYGFOB

Аннотация

Рассмотрены условия измерения спектральной плотности мощности (СПМ) низкочастотного (НЧ) шума со спектром вида G ( f )=A/ f γ полупроводниковых приборов (ППП) методом непосредственной оценки и показано, что оптимальная полоса интегрирующего фильтра, при которой суммарная погрешность измерения СПМ минимальна, является функцией показателя γ формы спектра, значение которого априори неизвестно. В случае, когда в заданном диапазоне частот тепловой и дробовой составляющих шума ППП можно пренебречь по сравнению с уровнем НЧ-шума, а показатель γ - считать неизменным, для нахождения значения γ достаточно измерить СПМ на двух частотах. Анализируются возможности снижения погрешности измерения СПМ на заданной частоте и определения γ в заданном диапазоне частот путем применения адаптивных алгоритмов при заданном времени измерения. Приведены оценки выигрыша в точности измерения указанных параметров с использованием алгоритма, включающего этап предварительной оценки значения γ, установление по полученной оценке значения γ оптимальной полосы фильтра, измерение СПМ на заданной частоте и последующее уточнение значения γ. Обсуждается организация измерения шумовых параметров ППП в условиях массового производства с целью снижения погрешности измерения с адаптивной или когнитивной подстройкой параметров измерительной системы по результатам оценки выборочных средних на обучающей выборке.

  • low frequency noise
  • power spectral density
  • spectrum shape index
  • measurement
  • error
  • optimal conditions
  • adaptive algorithm
Abstract (in English)

Adaptive algorithms for measuring low-frequency noise parameters of semiconductor devices

Conditions of measurement of power spectral density (PSD) of low-frequency (LF) noise with spectrum of the form G (f) = A/ f γ of semiconductor devices (SD) by direct estimation method are investigated. It is shown that optimal band of integrating filter, at which total error of PSD measurement is minimal, is a function of index γ of spectrum shape, which value is a priori unknown. In the case, when it is possible to neglect thermal and shot components of noise of SD in comparison with LF noise level in a given frequency range, and γ can be considered constant, for finding the value of γ it is sufficient to measure PSD at two frequencies. Possibilities of reduction of error of PSD measurement at the specified frequency and determination of γ in the specified frequency range are analyzed by application of adaptive algorithms at the specified measurement time. Estimates of the gain in accuracy of measurement of these parameters are given using an algorithm, that includes the stage of preliminary estimation of the value of γ, the determination of the optimal filter band value from the obtained estimate, the measurement of PSD at a given frequency and the subsequent refinement of the value of γ. Organization of measurement of noise parameters of SD in conditions of mass production is discussed in order to reduce measurement error with adaptive or cognitive adjustment of parameters of measuring system based on results of evaluation of sample averages on training sample.

Для цитирования

Сергеев В.А., Резчиков С.Е. Адаптивные алгоритмы измерения параметров низкочастотного шума полупроводниковых приборов // Журнал радиоэлектроники. – 2019. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.11.3

Литература

  1. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир,1986. 256 c.
  2. Зил Ван дер А. Шум. Источники, описание, измерение. М.: Сов. радио, 1973.177 с.
  3. Коган Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром типа 1/f в твердых телах / Ш.М. Коган // Успехи физических наук. 1985. Т. 145. С. 285-328.
  4. Жигальский Г.П. Неразрушающий контроль качества интегральных микросхем по электрическим шумам и параметрам // Радиотехника и электроника. 2005. №5. С. 517-551.
  5. Горлов М.И., Смирнов Д.Ю., Ануфриев Д.Л. Классификация надежности интегральных схем с использованием показателя формы спектра // Известия вузов. Электроника. 2006. №5. С. 78-82.
  6. Горлов М.И., Смирнов Д.Ю., Ануфриев Д.Л. Измерение шумовых параметров полупроводниковых изделий // Измерительная техника. 2006. №12. С.46-49.
  7. Горлов М.И., Сергеев В.А. Современные диагностические методы контроля качества и надежности полупроводниковых изделий. Ульяновск: УлГТУ, 2015. 406 с.
  8. Мирский Г.Я. Погрешности измерения корреляционных функций случайных процессов с различными распределениями вероятностей. // Измерительная техника. 1979. №8. С. 17-20.
  9. Мирский Г.Я. Электронные измерения: 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1986. 440 с.
  10. Сергеев В.А., Резчиков С.Е. Методическая погрешность измерений показателя степени частотной зависимости спектра низкочастотного шума. // Измерительная техника. 2015. №10. С. 55-59.
  11. Сергеев В.А., Резчиков С.Е. Оптимизация процедур измерения параметров низкочастотного шума со спектром вида 1/fγ. // Автоматизация процессов управления. 2016. №4 С. 101-107.
  12. Кожевников, В.В. Прогнозирование решений на основе математической модели когнитивных цифровых автоматов / В.В. Кожевников, М.Ю. Леонтьев, В.В. Приходько и др. // Ученые записки УлГУ. Серия: Математика и информационные технологии. 2019. № 1. С. 52-64.