雜訊容限(noise margin)
雜訊容限是「輸出承諾給出的」與「下一顆晶片輸入要求看到的」兩者之間的安全緩衝。真實的導線會拾取電氣雜訊——切換電流的尖峰、交流哼聲、串擾——疊在訊號上。雜訊容限就是一個邏輯準位在「高被誤判為低、或反之」之前,能容忍多少這類垃圾。它是數位世界版的「把橋造得比你預期的最重卡車還強」,這樣一陣風才不會把它吹垮。
它有兩個,由四個臨界值算出。高雜訊容限是輸出保證的高減去輸入要求的高:NMH = VOH(min) - VIH(min)。低雜訊容限是輸入容許的低減去輸出保證的低:NML = VIL(max) - VOL(max)。以 5 V CMOS 為例:輸出保證 VOH = 4.4 V,輸入只需 VIH = 3.5 V,故 NMH = 0.9 V;輸出下拉到 VOL = 0.1 V,輸入容忍到 VIL = 1.5 V,故 NML = 1.4 V。大約有一伏特的雜訊能落在導線上,才會有東西被讀錯。
這就是為何 CMOS 在雜訊環境中受青睞:它的臨界值落在電源中間附近、輸出又軌對軌地擺動,給出接近電源電壓三分之一的容限。相較之下,老式 TTL 的高容限只有約 0.4 V(輸出 2.4 V 對上輸入 2.0 V),所以更容易被擾亂。雜訊容限隨電源電壓下降而縮小——一顆 1.2 V 的晶片就是空間較小——這是低電壓、高速數位電路板較難做好、且高度仰賴良好接地與去耦的一個誠實理由。
5 V CMOS:NMH = 4.4 - 3.5 = 0.9 V,NML = 1.5 - 0.1 = 1.4 V。同樣的邏輯在 1.8 V 也許只有 0.3 V 容限,於是 5 V 不當回事的 0.5 V 雜訊尖峰,在 1.8 V 就可能毀掉一個位元。
承諾與需求之間的電壓間隙——你對雜訊的免疫力。
雜訊容限是最壞情況的規格,用保證值(而非典型值)算出。按典型值設計是陷阱:處於公差邊緣的元件加上溫度,會把你以為有的典型容限吃掉。