小封装光模块的热插拔技术研究
浅谈SFP光模块的那些事
浅谈SFP 光模块的那些事SFP光模块是小型可热插拔光收发一体模块，在通信行业使用较广泛，FP光模块有很多种类型，如：BIDI-SFP、电口SFP、CWDM SFP、DWDM SFP、SFP+光模块等。
另外，对于同类型的XFP、X2、XENPAK光模块而言，SFP光模块不仅能与其直连，还具有成本较其更低的特点。
这里我们简单的谈谈SFP光模块的一些基本概念，使用技巧，安装方法以及常见兼容品牌模块的价格。
一.SFP光模块概述1.定义SFP光模块的封装形式是热插拔小封装，目前最高速率可达10G，LC接口为多。
SFP的缩写为Small Form-factor Pluggable，可以简单理解为GBIC的升级版本。
SFP光模块体积比GBIC 光模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。
2.构成SFP光模块由激光器、线路板IC和外部配件构成，外部配件包含有外壳、解锁件、卡扣、底座、拉环、橡胶塞，PCBA，拉环的颜色可以帮助大家辨别模块的参数类型。
3.SFP光模块的发展GBIC与SFF在光模块，随着网络的快速发展逐渐被SFP光模块取代。
它正朝着小型化与热插拔的方向发展。
SFP光模块继承了GBIC的热插拔特性，也借鉴了SFF小型化的优势。
采用LC 头，极大的增加了网络设备的端口密度，适应了网络迅猛发展的趋势，得到了最广范的应用。
虽然目前已经出现了许多更高技术和更新的光模块产品，但SFP光模块依然会继续存在很长时间。
在SFP之后，光模块的发展主要是向着更高速率的发展，现在已经出现了10G，40G，100G 等光模块。
二.SFP光模块使用技巧模块在使用过程中有不适当的操作，很容易造成光模块失效。
遇到这种情况，先不要着急，细心检查，分析具体原因。
一般光模块功能失效主要有两种，分别为发射端失效和接收端失效。
最常见的原因主要有以下几个方面：1.使用的光纤连接器端面已经污染，造成光模块光口二次污染；2.光模块光口暴露在环境中，灰尘进入而使之污染；3.使用劣质的光纤连接器等。
具有SGMII接口的小型热插拔光模块
具有SGMII接口的小型热插拔光模块
张春艳
【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2018(0)14
【摘要】近年来,大数据和云计算的大面积扩散在不断地促进以太网交换机的升级.在这个过程中,需要有一种支持SGMII(串行吉比特媒体独立接口)接口的光模块来应用在百兆交换机和千兆交换机之间.这就需要在常规的光模块之中内置一块PHY(物理层)芯片.本研究就是基于此原理,在百兆ESFP(增强型小型可插拔)光模块中内置支持100/1000M的PHY芯片,最终将该模块应用在千兆以太网交换机上传输百兆比特流.
【总页数】3页(P117-119)
【作者】张春艳
【作者单位】武汉邮电科学研究院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种带SGMII的增强型小型可插拔光模块 [J], 张文海;张春艳;孙莉萍
2.小封装光模块的热插拔技术研究 [J], 邓燕妮;程社成;陈序光
3.小封装光模块的热插拔技术研究 [J], 邓燕妮;程社成;陈序光
4.具有板载ADC和I^2C接口的─48V热插拔控制器 [J],
5.Maxim推出具有双路接收器接口的SFP光模块控制器 [J],
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基于FPGA的SFP光纤通信控制器的研究与设计
基于FPGA的SFP光纤通信控制器的研究与设计王丽娟;李锦明;杜东海【摘要】针对高速数据存储器对光纤数据高速率、大容量的要求，设计了一种SFP（Small Form Pluggable）热插拔小封装模块高速光模块控制器。
该设计采用Spartan-6 FPGA为核心控制器、高速串行技术为支撑，进行了接口电路的设计，且重点介绍了控制器的自定义协议的设计和仿真。
通过分析集成比特误码率测试仪器（IBERT）测试和Chipscope抓取的数据，验证了光纤数据能够以不低于1 Gbit/s的速率进行数据存储。
结果表明该设计具有封装小，可移植性强等优点，在某高速数据存储器中已得到了成功应用。
%Aiming at the requirement of high speed data storage to optical data with high speed and large capacity,a new SFP(small form pluggable)hot swap small package module with high speed optical module is designed. The de⁃sign adopted spartan-6 FPGA as the core controller,high-speed serial technology as technical support,accom⁃plished the hardware design of interface circuit and focused on the design and Simulation of the custom protocol of the controller. It is verified that the optical data package is correctly transmitted to user data interface of the high-speed serial transceiver with the speed rate more than 1 Gbit/s through test of the integration of the bit error rate test instrument(IBERT)and data captured by Chipscope. The results show that the design has the advantages of small package,wide portability,etc. and it has been successfully applied in a high speed data storage.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)003【总页数】6页(P605-610)【关键词】光纤通信;高速串行;FPGA;SFP光模块;高速数据存储【作者】王丽娟;李锦明;杜东海【作者单位】中北大学电子测试国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN919.34在光纤通信领域，光模块作为光纤通信的关键器件，小型封装可热插拔SFP （Small Form Pluggable）光模块体积小，支持热插拔，且提供了简单的模块运行使用和参数监测手段，所以SFP光模块成为研究人员的热选，最新的光模块速率已经达到10 Gbit/s及以上，且正在朝低噪声、低误码率、远距离传输方向发展。
百科：BIDI SFP光模块和普通SFP光模块的区别
百科：BIDI SFP光模块和普通SFP光模块的区别光模块作为一种应用在光通信网络中的光器件，起到光电信号转换的作用。
但是随着光网络市场的高速进展，光模块的封装和速率都有着几大的增长，而在本文中，易飞扬通信将给大家介绍是SFP光模块。
SFP光模块有BIDI SFP光模块和一般SFP光模块，这两种SFP光模块有各是什么意思？有哪些的区分？各位客官请继续往下看。
BIDI SFP光模块是什么？BIDI光模块是一款用法WDM（波分复用）双向传输技术的光模块，实现了在一根光纤上同时举行光通道内的双向传输。
BIDI光模块仅有一个端口，通过整合的双向耦合器在一根光缆上举行信号的放射与接收。
因此，它必需配对用法。
BIDI光模块如何工作为了能够高效地工作，BIDI光模块必需配对用法，通过调谐双工器以匹配放射器和接收器的期望波长，实现数据的双向传输。
BIDI光模块速率BIDI光模块速率为155Mbps——3.125GbpsBIDI光模块的优势用法BIDI光模块，如：SFP+ BIDI和SFP BIDI光模块，最为显然的优势在于削减了光纤布线基础设施的成本。
BIDI光模块削减了光纤跳线面板上的端口数量，也削减了特地用于光纤管理的托盘占用空间，更削减了所需用法的光缆数量。
一般SFP光模块介绍SFP光模块是SFP封装的热插拔小封装模块，目前最高速率可达10.3G，接口为LC。
并且由激光器（包括放射器TOSA 跟接收器ROSA)和线路板 IC 及外部配件构成，外部配件则有外壳、底座、A、拉环、卡扣、解锁件、橡胶塞组成。
SFP光模块分类①根据速率分：有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，其中155M 和1.25G市场上用的较多；②根据波长分：有850nm/1310nm/1550nm/1490nm/1530nm/1610nm,波长是850nm为SFP多第1页共2页。
sfp光模块标准
SFP光模块是一种小型可插拔光模块，是SFP封装的热插拔小封装模块。
其标准主要涉及速率、波长和模式。
速率分类：按照速率分有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，其中155M和1.25G市场上用的较多，10G的技术正在逐渐成熟，需求量正以上升的姿态发展。
波长分类：按照波长分有850nm/1310nm/1550nm/1490nm/1530nm/1610nm，波长为850nm为SFP多模，传输距离在2KM以下，波长是1310/1550nm的为单模，传输距离在2KM以上，相对来说这三种波长的价格较其他三种要便宜。
模式分类：多模光纤尺寸一般为50/125um或62.5/125um，带宽通常为200MHz到2GHz，通过多模光纤可进行长达5公里的传输。
单模光纤尺寸为9-10/125µm，具有无限量带宽和更低损耗的特性，多用于长距离传输，有时可达到150至200公里。
此外，SFP光模块主要由激光器构成，接口类型主要以LC接口为主，一般用在SONET/SDH网络、百兆/千兆以太网以及其他低速传输应用。
具体到实际使用中，裸模块如果没有标识很容易混淆，一般厂家会在拉环的颜色上进行区分。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议访问信息技术论坛或咨询专业技术人员。
6.25Gbps×12通道小型甚短距离并行光收发模块的研制
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文章 编 号 ：０ ２ ２ ８ （ ０ １ ０ — ２ ５ ０ １ ０ — ０ ２ ２ １ ） ６１ ７ — ７
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关键 词 ： 纤通信 ； 光 光收发 模 块 ； 高速数 字设计 ； 电源完整 性 ； 号 完整 性 信
中图 分 类 号 ： ＴＮ９９ １ ２．１ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｉ１ ．７ ８ Ｊ ２ ｌ ３ ． ６８ ０ ｏ：０ ５ ６／ ＡＯ Ｏ １２ ０ ０ ０ ３
Ｃｏ ｐ ｃ ． ５ Ｇｂ ｓ １ 。 ｈ ｎ ｌＶＳ ｐａ ａ ｌｌｏ ｉ ａ ｒ ｎｓ ｅ ｖ ｒ ｍ ａ ｔ６ ２ ｐ ｃ ａ ｎｅ Ｒ ｒ ｌｅ ｐｔｃ ｌｔ ａ ｃ ｉ ｅ Ｘ ２
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光模块PCB技术和热管理探究
（1）对于埋铜块设计的光模块PCB，在对应 层次将PP和基板开窗，压合将铜块埋入PCB， 埋置在内层一般为规则圆形或者方形铜，埋置在 外层一般为“T”型铜，一般铜块位于TOSA和 ROSA芯片底部位置，辅助芯片散热。内埋铜块 PCBห้องสมุดไป่ตู้，会在铜块上密集镭射盲孔并填孔，将热 量快速有效传导出。由于光模块本身尺寸很小， 光电转换芯片对应位置很小，使得需要埋置的光 模块尺寸更小，此类小尺寸铜块压合埋置过程容 易晃动，压合操作难度大，影响作业效率。同时 铜块相对位置歪斜，会影响压合半固化片流动填 充效果，最终表现为热应力变差。另外，埋铜块 设计，对应外层均为基板，压合时基板棕化面容 易与半固化片粉尘粘合，压合后铜面半固化片残
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图7 切片图
图8 光模块图
图9 测试结果图 -48-
印制电路信息 2021 No.1
0 前言
基于光电信号转换的光模块，在现代高速通 信系统占据着越来越重要的地位。作为其电气联通 作用的PCB主板，由于大数据高速传输、散热、表 面贴装以及热插拔的要求，其设计工艺上与普通 PCB存在一些区别。材料上要求使用高速材料，热 插拔需要镀金，其他贴装位置需要沉金或者镍钯 金，而热管理的需求，一般PCB散热采用塞铜浆、 埋铜块、电镀通孔，或者ELIC电镀设计，光模块 封装采用高导热材料辅助散热（见图1）。
-46-
印制电路信息 2021 No.1
实际的电接口定义中并没有分级印制插头， 分级印制插头作为电接口的可选项，对于机械插 拔耐磨性有一定好处（见图4）。
SFP光模块简介
SFP光模块简介什么是SFP？SFP是小型封装可插拔的缩写，是一款紧凑型、可热插拔的光模块，用于电信和数据通信应用。
SFP光模块可被认为是GBIC光模块的升级版本。
不像带有SC光纤接口的GBIC，SFP带有LC 接口并且主体尺寸仅为GBIC的一半左右，使得SFP可节省更多的空间。
SFP将网络设备（如：路由器、开关、媒介转换器或类似设备）的主板与光缆或电缆相连接。
同时，SFP又是众多网络器件供应商所支持的常用工业规格。
它被设计出来用于支持SONET、千兆以太网、光纤通道和其他通信标准。
标准化SFP光模块未经任何官方标准体系规范，而是由竞争厂商之间的多边协议（MSA）进行规范。
SFP根据GBIC接口进行设计，实现了比GBIC更大的端口密度（沿主板边缘每厘米的光模块数量），这也就是为什么SFP又被称为mini-GBIC。
与此相关的小封装光模块具有和SFP类似的尺寸，但它是作为一种针脚焊接到主机板上的，而非插到边卡插槽上。
然而，在实际应用中，一些网络设备厂商使用密钥机制来打破与“通用”SFP之间的兼容性，即在设备固件上添加一个验证过程，使得设备只启用供应商自己的光模块。
例如，在2003年，Cisco例行更新Catalyst开关产品线的互联网操作系统（IOS）时，添加了一项功能，这项功能导致开关不接受非“Cisco品牌”的光模块。
SFP光模块的类型SFP光模块以多种发射器和接收器类型在市面上进行销售，允许用户为每一条链路选择合适的光模块，以实现在可用光纤类型（如:多模光纤或单模光纤）上的光传输。
市面上，SFP光模块通常有几种不同的类型：多模光纤，带有黑色或米色接头SX-850nm，千兆以太网速率为1.25Gbit/s时的最大距离为550m，或光纤通道速率为4.25 Gbit/s时的最大距离为150m单模光纤，带有蓝色接头LX-1310nm，距离可达到10kmEX-1310nm，距离可达到40kmZX-1550nm，距离可达到80kmBX-1490nm1310nm，距离可达到10km1550nm40km(XD)，80km(ZX)，120km(EX或EZX)铜双绞线布线系统1000BASE-T–这些光模块内部有着非常重要的接口电路，仅能用于千兆以太网，因为那就是它们所实现的接口。
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《中国有线电视》2006(09/10)CH I N A D I GI T AL CABLE T V・技术交流・中图分类号:T N943.5 文献标识码:B 文章编号:1007-7022(2006)09-0890-03小封装光模块的热插拔技术研究□邓燕妮1,程社成1,陈序光2(1.武汉理工大学,湖北武汉430070;2.武汉华工正源光子技术有限公司,湖北武汉430223)摘 要:随着FTT H以及公用电话网、有线电视网和计算机互联网的进一步发展,小封装可热插拔光模块逐渐成为光通信市场上的主流。
介绍小封装光模块进行热插拔的技术难点及其解决方法和具体实现,主要包括热插拔时激光器的安全、热插拔时浪涌电流的抑制以及热插拔对系统总线干扰等问题。
关键词:光模块;小封装;热插拔;MS A;金手指Research on Pluggable Technology of Sma llForm Factor Pluggable F i ber2opti c Comm un i ca ti on M odule□DENG Yan2ni1,CHENG She2cheng1,CHE N Xu2guang2(1.W uhan University of Technol ogy,HubeiW uhan430070,China;2.W uhan Huagong Genuine Op tics Technol ogy Co.,L td,HubeiW uhan430223,China)Abstract:W ith the devel opment of Fiber T o The Home p r oject and the p r ogress of unite teleco m,televisi on and I nternet,S mall f or m fact or p luggable fiber2op tic communicati on module become the mainstrea m of fiber2 op tic communicati on module market.The difficulty and the method of i m p le ment p luggable technol ogy will be intr oduced including the safety of laser,the surge current of p lug and the safety of syste m bus.Key words:fiber2op tic module;s mall f or m;p luggable;MS A;gold finger利于医生对微细血管及黏膜的结构变化进行更加细致的观察与分析,由此提高对疾病的诊断水平。
利用全自动测光功能、自动白平衡功能、内镜信息的记忆功能,将实现更高效率的内窥镜检查,精湛的光学技术与数字技术结合、出色的内窥镜操作性能,将引领内镜诊查术跨进一个崭新的时代。
数字技术的进步使得高清电视得以快速发展,随着2008年北京奥运会的日益临近,中国正加快高清电视发展的步伐,作为电视工作者我们应当看清电视技术发展的方向,不断学习,迎接高清时代的到来。
参考文献:[1] 王明臣,姜秀华,张永辉.数字电视与高清晰度电视[M].北京:中国广播电视出版社,2005. [2] 高 峰.数字音频广播与数字高清晰度电视[M].北京:中国广播电视出版社,2003.[3] 曹 晨,杨作梅.数字电视技术:高清晰度数字视频原理与应用(第3版)[M].北京:电子工业出版社,2002.[收稿日期:2006203223]基金项目:2005年国家科技成果重点推广计划项目Nast(9422005000174)。
作者简介:邓燕妮(19622 ),女,副教授,研究方向为鲁棒控制、计算机控制;程社成(19782 ),男,硕士研究生,主要研究方向为光收发一体模块、光电传感器等。
0981 引言光收发模块由光发送器与光接收器组成,其中光发送器的功能是将电信号转换为光信号,由激光器驱动电路和功率控制电路组成,以直接调制的方式驱动激光器产生NRZ编码的光信号。
光接收器由光探测器、跨阻放大器与限幅放大器组成,用于将光信号转换为电信号,其中探测器将收到的光信号转换成微小的电流信号,跨阻放大器将微小电流信号转换成电压信号,限幅放大器将信号电压限定在一定范围内经输出端输出。
小封装可热插拔光模块包含了光发送和接收功能并能提供系统所需的告警功能,其电端采用金手指连接,光端采用高性能的LC连接器,整个模块尺寸只有普通双工SC(1X9)型光模块的一半,具有体积小、结构合理和使用方便灵活等特点,在同样空间可以增加一倍的光端口数,可以增加线路端口密度,降低每端口的系统成本,因此广泛用于各种交换机端口。
所谓热插拔,简单地说就是指在系统不停机的情况下带电插入或拔出光模块,并保证系统在热插拔过程中及该过程完成后各部分正常工作。
热插拔可减少由于系统维护和升级扩容引起的掉电时间。
普通的光模块没有热插拔功能,每次维护或升级均要关断设备电源直至插拔过程结束,但由于电信及数据通信系统工作的重要性,不允许长时间停电;再则现有的许多操作系统的重启动时间较长,因而热插拔技术在通信应用领域变得越来越重要,市场对可热插拔光模块的需求也越来越迫切。
目前国内外不乏可热插拔光模块产品,但介绍光模块热插拔技术的文章很少,本文比较详细地介绍了光模块热插拔的技术难点及其解决方法与具体实现。
2 实现热插拔要考虑和解决的问题光模块在进行热插拔时,要考虑和解决以下问题。
(1)激光器的安全问题。
激光器是光模块中最重要最昂贵的部件,又是易损伤元件和静电敏感元件,如何确保在热插拔过程中不损伤激光器是热插拔技术的关键。
(2)浪涌电流。
在光模块插入带电背板时,光模块电路板上电源、芯片的滤波电容都处入低阻态,从背板流向电路板的瞬态冲击电流很高,可能烧毁接插件或板上元件。
(3)系统总线。
由于系统总线上的逻辑状态是随机的,当一块未加电的光模块连接到正在工作的总线上时,在模块电路板与总线之间有大的电流流过,总线上将会受到一个很大的瞬态干扰,破坏总线上正在传输的数据信息。
3 光模块热插拔的关键技术针对上述问题采用以下几个方面的技术和方法来实现光通信模块的热插拔。
(1)为保证热插拔过程中激光器的安全,采用以下两方面的技术。
①上电延时自检。
用TX_fault信号来保证只在电路正常时驱动I C给激光器提供偏置和调制电流,激光器工作;在电路异常时,驱动I C不提供电流,激光器上没有电流,不会损坏激光器。
MS A多源协议定义了TX_fault信号来指示光模块的工作状况是否正常。
光模块插入时有一个初始化时序,上电后光模块先“自检”,如“自检”通过,驱动I C给激光器提供电流,激光器才能开始工作。
光模块上电后,经过T_init时间的时延,在这期间TX_fault为高电平,驱动I C不提供电流,激光器不工作。
如果上电初系统有一个T X_D isa2 ble指令,T_init时间要等TX_D isable变低失效后开始计时,如果经T_init时延后无异常则T X_fault变为低电平,驱动I C提供电流,激光器可以正常工作,如果经T_init时延后T X_fault还是保持高电平则判为模块故障,驱动I C不提供电流,激光器不工作,并显示TX_ fault故障,保证在电路异常时不损坏激光器。
上电初TX_D isable为高和低时模块热插拔初始化时序分别见图1和图2。
图1 热插拔时初始化时序图(TX_disable高有效时)②故障时关断LD。
除了上电自检以外,在设计电路时还加了关断电路,从硬件上保证激光器的安全。
一般驱动I C有一个SHUT DOWN引脚,设计关断电路时,SHUT DOWN脚接场效应管的栅极,控制场效应管的通断。
正常时SHUT DOWN输出低电平,场效应管导通,激光器上有电流流过,激光器正常发光;电路异常时,SHUT DOWN输出高电平,场效应管关断,激光器上没有电流流过,从硬件上保证了其安全。
关断电路如图3所示。
198《中国有线电视》2006年第09/10期 邓燕妮等:小封装光模块的热插拔技术研究图2 热插拔时初始化时序图(TX_disable 低无效时)图3 关断控制电路(2)通过采用特定的上电顺序和加滤波电路的方法来减小浪涌电路。
①采用特定的上电顺序,通过预冲电来减小浪涌电流。
要想元件不被损坏,在插拔时有一个加/断电顺序,插入时按地、电源、信号线的顺序加电;拔出时按信号线、电源、地的顺序断电。
确保电源脚和信号脚通断电过程中模块都良好接地,有利于静电放电,消除电弧放电损坏引脚的可能。
在加电时,由于先加电源,可以在接入系统前对光模块电路板上的电容预充电,有效地减小瞬态冲击电流。
为保证插拔时的加/断电顺序,电端采用金手指连接,金手指有20根引脚,其中接地的引脚VeeT (共3根)和VeeR (共4根)最长(至少3mm ),接电源的引脚VccT 和VccR 次之(至少2.6mm ),剩下的11根信号线最短(至少2.2mm ),3类引脚的长度分别保持0.4mm 的差值,另外,为保证各引脚间良好绝缘,考虑到电路板的尺寸限制,相邻引脚间距为0.8mm 。
为保证光模块插拔时有良好的电气连接性,单根金手指不能太细,其宽度约0.6mm ,而且金手指连接器要有良好的导电性能,制作时需在上面镀镍和镀金。
通常用工艺线将金手指各引脚连接,使其在镀金时产生电极特性,最后再断开工艺线使其互相独立、断开绝缘。
②采用滤波电路和限流开关进一步减小插拔瞬间的浪涌电流。
除了特定的上电顺序之外,还对Host Board 和光模块电路作了相应的处理,进一步抑制浪涌电流。
对Host board 我们采用如图4所示的滤波电路,其中要求两个电感的直流阻抗很小,以保证供给光模块的3.3V 电压不被电感分掉。
电容则选用10μF 和0.1μF 并联,这样可以在更宽频谱分布范围内降低电源网络产生的开关噪声,可以分别滤除电源引入的低频和高频纹波。
采用图4的滤波电路可以保证热插拔时的浪涌电流不超过30mA (插拔瞬间模块电流与模块稳定工作时的电流差不超过30mA )。
此外,光模块电路也做了进一步处理,在模块电源入口和LD D river 以及L i m iting Am 2p lifier 芯片供电电源脚附近加了滤波电路,进行滤波处理。
(3)采用接上拉电阻和预充电的方法来减小热插拔时光模块对总线的干扰。
为了减小热插拔时光模块对总线的干扰,MS A 协议规定光模块上与Host board连接的信号都通过电阻上拉到电图4 滤波电路源,在Host Board 侧Tx_fault 、Rx_l oss 通过电阻上拉到3.3V 电源,在光模块侧Tx_disable 也通过电阻上拉到模块上的3.3V 电源。