多级电平(MLC)NAND闪存因其存储密度高、读取速度快、成本低、性价比高,已取代机械硬盘,广泛应用于各类消费类电子产品中,并逐步部署到企业数据中心。但随着多级单元储存技术和制程工艺尺寸不断缩小,高密度存储单元阈值电压将会受到更加严重的噪声干扰,从而极大地降低数据存储的可靠性。为了进一步提升闪存的寿命和数据存储的可靠性,固态数据存储控制器已采用先进的信号检测算法和基于软判决译码的低密度奇偶校验码(LDPC)。但由于在多级电平闪存信道中,阈值电压检测的准确度直接依赖于读参考电压,这使得参考电压的估计对提升数据存储的可靠性显得尤为重要。此外,信道阈值电压检测方面存在时延问题,也需要深入研究。本文结合多级电平NAND闪存信道下阈值电压分布特性,研究动态阈值电压高效检测算法。搭建了信道检测和LDPC码差错控制仿真环境,分析阈值电压检测算法的性能。最后对时延问题给出进一步的研究。具体研究内容和创新点归纳如下:(1)深入研究NAND闪存结构特性,编程擦除机制及各种噪声,通过搭建多级闪存信道模型,分析闪存噪声对阈值电压的影响。(2)研究LDPC码的基本原理及各种译码算法,然后把LDPC码应用到NAND闪存当中,并分析闪存可靠性。(3)详细分析现有的阈值电压检测技术及其应用场景。提出一种基于单元状态统计的阈值电压高效检测方案,所提出的CSD-TVD方案无需预估阈值电压的概率密度函数,且具有较好的性能。(4)基于持久性噪声特性,存储状态越高电压偏移越快,提出一种低时延的LLCSD-TVD方案;基于重叠区错误比特呈凹函数分布,采用非均匀的重读机制,提出一种改进的ROR方案,可有效降低读操作次数。