摘要: 介紹了時(shí)鐘分相技術(shù)并討論了時(shí)鐘分相技術(shù)在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的作用。 關(guān)鍵詞: 時(shí)鐘分相技術(shù); 應(yīng)用 中圖分類號(hào): TN 79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 025820934 (2000) 0620437203 時(shí)鐘是高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一, 系統(tǒng)時(shí)鐘的性能好壞, 直接影響了整個(gè)電路的 性能。尤其現(xiàn)代電子系統(tǒng)對(duì)性能的越來(lái)越高的要求, 迫使我們集中更多的注意力在更高頻率、 更高精度的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上面。但隨著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的升高。我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將面臨一系列的問(wèn) 題。 1) 時(shí)鐘的快速電平切換將給電路帶來(lái)的串?dāng)_(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時(shí)鐘對(duì)電路板的設(shè)計(jì)提出了更高的要求: 我們應(yīng)引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號(hào)的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統(tǒng)時(shí)鐘高于100MHz 的情況下, 應(yīng)使用高速芯片來(lái)達(dá)到所需的速度, 如ECL 芯 片, 但這種芯片一般功耗很大, 再加上匹配電阻增加的功耗, 使整個(gè)系統(tǒng)所需要的電流增大, 發(fā) 熱量增多, 對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時(shí)鐘相應(yīng)的電磁輻射(EM I) 比較嚴(yán)重。 所以在高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)高頻時(shí)鐘信號(hào)的處理應(yīng)格外慎重, 盡量減少電路中高頻信 號(hào)的成分, 這里介紹一種很好的解決方法, 即利用時(shí)鐘分相技術(shù), 以低頻的時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)高頻的處 理。 1 時(shí)鐘分相技術(shù) 我們知道, 時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)周期按相位來(lái)分, 可以分為360°。所謂時(shí)鐘分相技術(shù), 就是把 時(shí)鐘周期的多個(gè)相位都加以利用, 以達(dá)到更高的時(shí)間分辨。在通常的設(shè)計(jì)中, 我們只用到時(shí)鐘 的上升沿(0 相位) , 如果把時(shí)鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力就可以 提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時(shí)鐘分為4 個(gè)相位(0°、90°、180°和270°) , 系統(tǒng)的時(shí)間分辨就 可以提高為原來(lái)的4 倍(如圖1b 所示)。 以前也有人嘗試過(guò)用專門的延遲線或邏輯門延時(shí)來(lái)達(dá)到時(shí)鐘分相的目的。用這種方法產(chǎn)生的相位差不夠準(zhǔn)確, 而且引起的時(shí)間偏移(Skew ) 和抖動(dòng) (J itters) 比較大, 無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間分辨。 近年來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 使高質(zhì)量的分相功能在一 片芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優(yōu)異的時(shí)鐘 芯片。這些芯片的出現(xiàn), 大大促進(jìn)了時(shí)鐘分相技術(shù)在實(shí)際電 路中的應(yīng)用。我們?cè)谶@方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得 良好的時(shí)間性能, 必須確保分相時(shí)鐘的Skew 和J itters 都 比較小。因此在我們的設(shè)計(jì)中, 通常用一個(gè)低頻、高精度的 晶體作為時(shí)鐘源, 將這個(gè)低頻時(shí)鐘通過(guò)一個(gè)鎖相環(huán)(PLL ) , 獲得一個(gè)較高頻率的、比較純凈的時(shí)鐘, 對(duì)這個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行分相, 就可獲得高穩(wěn)定、低抖動(dòng)的分 相時(shí)鐘。 這部分電路在實(shí)際運(yùn)用中獲得了很好的效果。下面以應(yīng)用的實(shí)例加以說(shuō)明。2 應(yīng)用實(shí)例 2. 1 應(yīng)用在接入網(wǎng)中 在通訊系統(tǒng)中, 由于要減少傳輸 上的硬件開(kāi)銷, 一般以串行模式傳輸 圖3 時(shí)鐘分為4 個(gè)相位 數(shù)據(jù), 與其同步的時(shí)鐘信號(hào)并不傳輸。 但本地接收到數(shù)據(jù)時(shí), 為了準(zhǔn)確地獲取 數(shù)據(jù), 必須得到數(shù)據(jù)時(shí)鐘, 即要獲取與數(shù) 據(jù)同步的時(shí)鐘信號(hào)。在接入網(wǎng)中, 數(shù)據(jù)傳 輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。 數(shù)據(jù)以68MBös 的速率傳輸, 即每 個(gè)bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個(gè)數(shù)據(jù) 幀的開(kāi)頭有一個(gè)用于同步檢測(cè)的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時(shí)鐘信號(hào), 一般時(shí)間 分辨應(yīng)該達(dá)到1ö4 的時(shí)鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說(shuō), 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率應(yīng)在300MHz 以 上, 在這種頻率下, 我們必須使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其 典型門延遲為340p s) , 如前所述, 這樣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的困擾。 我們?cè)谶@里使用鎖相環(huán)和時(shí)鐘分相技術(shù), 將一個(gè)16MHz 晶振作為時(shí)鐘源, 經(jīng)過(guò)鎖相環(huán) 89429 升頻得到68MHz 的時(shí)鐘, 再經(jīng)過(guò)分相芯片AMCCS4405 分成4 個(gè)相位, 如圖3 所示。 我們只要從4 個(gè)相位的68MHz 時(shí)鐘中選擇出與數(shù)據(jù)同步性最好的一個(gè)。選擇的依據(jù)是: 在每個(gè)數(shù)據(jù)幀的頭部(HEAD) 都有一個(gè)8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用 這4 個(gè)相位的時(shí)鐘去鎖存數(shù)據(jù), 如果經(jīng)某個(gè)時(shí)鐘鎖存后的數(shù)據(jù)在這個(gè)指定位置最先檢測(cè)出這 個(gè)KWD, 就認(rèn)為下一相位的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)的同步性最好(相關(guān))。 根據(jù)這個(gè)判別原理, 我們?cè)O(shè)計(jì)了圖4 所示的時(shí)鐘分相選擇電路。 在板上通過(guò)鎖相環(huán)89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時(shí)鐘: 用這4 個(gè) 時(shí)鐘分別將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行移位, 將移位的數(shù)據(jù)與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認(rèn)為檢 出了KWD。將4 路相關(guān)器的結(jié)果經(jīng)過(guò)優(yōu)先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時(shí)鐘。這里, 我們運(yùn)用AMCC 公司生產(chǎn)的 S4405 芯片, 對(duì)68MHz 的時(shí)鐘進(jìn)行了4 分 相, 成功地實(shí)現(xiàn)了同步時(shí)鐘的獲取, 這部分 電路目前已實(shí)際地應(yīng)用在某通訊系統(tǒng)的接 入網(wǎng)中。 2. 2 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 高速、高精度的模擬- 數(shù)字變換 (ADC) 一直是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部 分。高速的ADC 價(jià)格昂貴, 而且系統(tǒng)設(shè)計(jì) 難度很高。以前就有人考慮使用多個(gè)低速 圖5 分相技術(shù)應(yīng)用于采集系統(tǒng) ADC 和時(shí)鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由 于時(shí)鐘分相電路產(chǎn)生的相位不準(zhǔn)確, 時(shí)鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產(chǎn)生較 大的孔徑晃動(dòng)(Aperture J itters) , 無(wú)法達(dá)到很 好的時(shí)間分辨。 現(xiàn)在使用時(shí)鐘分相芯片, 我們可以把分相 技術(shù)應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中: 以4 分相后 圖6 分相技術(shù)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集率 的80MHz 采樣時(shí)鐘分別作為ADC 的 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘, 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣, 如圖5 所示。 在每一采集通道中, 輸入信號(hào)經(jīng)過(guò) 緩沖、調(diào)理, 送入ADC 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 采集到的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器(M EM )。各個(gè) 采集通道采集的是同一信號(hào), 不過(guò)采樣 點(diǎn)依次相差90°相位。通過(guò)存儲(chǔ)器中的數(shù) 據(jù)重組, 可以使系統(tǒng)時(shí)鐘為80MHz 的采 集系統(tǒng)達(dá)到320MHz 數(shù)據(jù)采集率(如圖6 所示)。 3 總結(jié) 靈活地運(yùn)用時(shí)鐘分相技術(shù), 可以有效地用低頻時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于高頻時(shí)鐘的時(shí)間性能, 并 避免了高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中一些問(wèn)題, 降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
標(biāo)簽： 時(shí)鐘 分相 技術(shù)應(yīng)用
上傳時(shí)間： 2013-12-17
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電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ)Fundamentals of Electric CircuitsFundamentals of Electric Circuits多媒體教學(xué)課件多媒體教學(xué)課件北京理工大學(xué)北京理工大學(xué)Beijing Institute of TechnologyBeijing Institute of Technology 目錄•第一章集總電路中電壓、電流的約束關(guān)系•第二章運(yùn)用獨(dú)立電流、電壓變量的分析方法•第四章分解法及單口網(wǎng)絡(luò)•第三章疊加方法與網(wǎng)絡(luò)函數(shù)•第六章電容元件和電感元件•第七章一階電路•第八章二階電路•第十章正弦穩(wěn)態(tài)功率和能量三相電路•第九章阻抗與導(dǎo)納•第十一章電路的頻率響應(yīng)•第十二章耦合電感和理想變壓器
標(biāo)簽： 電路分析基礎(chǔ)
上傳時(shí)間： 2013-11-10
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開(kāi)關(guān)在電路中起接通信號(hào)或斷開(kāi)信號(hào)的作用。最常見(jiàn)的可控開(kāi)關(guān)是繼電器，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路加高電平或低電平時(shí)，繼電器就吸合或釋放，其觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)電路。CMOS模擬開(kāi)關(guān)是一種可控開(kāi)關(guān)，它不象繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場(chǎng)合，只適于處理幅度不超過(guò)其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)。 一、常用CMOS模擬開(kāi)關(guān)引腳功能和工作原理 1.四雙向模擬開(kāi)關(guān)CD4066 CD4066 的引腳功能如圖1所示。每個(gè)封裝內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)立的模擬開(kāi)關(guān)，每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子，其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時(shí)開(kāi)關(guān)截止。模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆；模擬開(kāi)關(guān)截止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開(kāi)路。模擬開(kāi)關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz。各開(kāi)關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為－50dB。
標(biāo)簽： CMOS 模擬開(kāi)關(guān) 工作原理
上傳時(shí)間： 2013-10-27
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磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來(lái)，緩慢的釋放出去。 磁珠對(duì)高頻信號(hào)才有較大阻礙作用，一般規(guī)格有100歐/100mMHZ ,它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。電感的等效電阻可有Z=2X3.14xf 來(lái)求得。 鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾元件，廉價(jià)、易用，濾除高頻噪聲效果顯著。 在電路中只要導(dǎo)線穿過(guò)它即可（我用的都是象普通電阻模樣的，導(dǎo)線已穿過(guò)并膠合，也有表面貼裝的形式，但很少見(jiàn)到賣的）。當(dāng)導(dǎo)線中電流穿過(guò)時(shí)，鐵氧體對(duì)低頻電流幾乎沒(méi)有什么阻抗，而對(duì)較高頻率的電流會(huì)產(chǎn)生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)，其等效電路為一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián)，兩個(gè)元件的值都與磁珠的長(zhǎng)度成比例。 磁珠種類很多，制造商應(yīng)提供技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線。 有的磁珠上有多個(gè)孔洞，用導(dǎo)線穿過(guò)可增加元件阻抗（穿過(guò)磁珠次數(shù)的平方），不過(guò)在高頻時(shí)所增加的抑制噪聲能力不可能如預(yù)期的多，而用多串聯(lián)幾個(gè)磁珠的辦法會(huì)好些。 鐵氧體是磁性材料，會(huì)因通過(guò)電流過(guò)大而產(chǎn)生磁飽和，導(dǎo)磁率急劇下降。大電流濾波應(yīng)采用結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計(jì)的磁珠，還要注意其散熱措施。 鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲（可用于直流和交流輸出），還可廣泛應(yīng)用于其他電路，其體積可以做得很小。特別是在數(shù)字電路中，由于脈沖信號(hào)含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。 鐵氧體磁珠還廣泛應(yīng)用于信號(hào)電纜的噪聲濾除。 以常用于電源濾波的HH-1H3216-500為例，其型號(hào)各字段含義依次為：HH 是其一個(gè)系列，主要用于電源濾波，用于信號(hào)線是HB系列；1 表示一個(gè)元件封裝了一個(gè)磁珠，若為4則是并排封裝四個(gè)的；H 表示組成物質(zhì)，H、C、M為中頻應(yīng)用（50－200MHz），T低頻應(yīng)用（<50MHz），S高頻應(yīng)用（>200MHz）；3216 封裝尺寸，長(zhǎng)3.2mm，寬1.6mm，即1206封裝；500 阻抗（一般為100MHz時(shí)），50 ohm。 其產(chǎn)品參數(shù)主要有三項(xiàng)：阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;直流電阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;額定電流Rated Current (mA): 2500. 磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率， 他等效于電阻和電感串聯(lián)， 但電阻值和電感值都隨頻率變化。 他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果。 磁珠主要用于高頻隔離，抑制差模噪聲等。
標(biāo)簽： 電感
上傳時(shí)間： 2013-11-05
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由于電磁兼容的迫切要求，電磁干擾(EMI)抑制元件獲得了廣泛的應(yīng)用。然而實(shí)際應(yīng)用中的電磁兼容問(wèn)題十分復(fù)雜，單單依靠理論知識(shí)是完全不夠的，它更依賴于廣大電子工程師的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。為了更好地解決電子產(chǎn)品的電磁兼容性這一問(wèn)題，還要考慮接地、 電路與PCB板設(shè)計(jì)、電纜設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)等問(wèn)題[1][2]。本文通過(guò)介紹磁珠的基本原理和特性來(lái)說(shuō)明它在開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì)中的重要性與應(yīng)用，以期為設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)提供必要的參考。 2 磁珠及其工作原理 磁珠的主要原料為鐵氧體，鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料，鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大，具有很高的導(dǎo)磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。鐵氧體材料通常應(yīng)用于高頻情況，因?yàn)樵诘皖l時(shí)它們主要呈現(xiàn)電感特性，使得損耗很小。在高頻情況下，它們主要呈現(xiàn)電抗特性并且隨頻率改變。實(shí)際應(yīng)用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高 頻衰減器使用的。實(shí)際上，鐵氧體可以較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高，以至于電流全部通過(guò)電阻。鐵氧體是一個(gè)消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由它的電阻特性決定的。 對(duì)于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率和飽和磁通密度。磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表?yè)p耗，隨著頻率的增加而增加。因此它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，如圖1所示，電感L和電阻R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過(guò)這種鐵氧體磁芯時(shí)，所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加，但是在不同頻率時(shí)其機(jī)理是完全不同的。
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上傳時(shí)間： 2013-11-19
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采用高輸入頻率、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。ADC輸入接口設(shè)計(jì)有6個(gè)主要條件：輸入阻抗、輸入驅(qū)動(dòng)、帶寬、通帶平坦度、噪聲和失真。
上傳時(shí)間： 2013-10-21
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我司工程部編寫的簡(jiǎn)單的要求
上傳時(shí)間： 2013-10-17
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DesignSpark PCB是功能強(qiáng)勁的**免費(fèi)正版**PCB設(shè)計(jì)工具。 它具有兩個(gè)主要功能：原理圖制作和印刷電路板布局，亦可以連接到業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的Spice模擬器進(jìn)行模擬。 DesignSpark PCB具計(jì)算線路阻抗值的設(shè)計(jì)計(jì)算器，和產(chǎn)生三維視覺(jué)效果，能夠給用家以3D的形式觀看屬于你的印刷電路板設(shè)計(jì)。
標(biāo)簽： DesignSpark DS-PCB PCB v3
上傳時(shí)間： 2013-10-20
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高頻PCB設(shè)計(jì)中傳輸線的阻抗控制非常重要，此軟件很方便的計(jì)算各種類型阻抗值，方便PCB設(shè)計(jì)，此軟件版權(quán)所有，建議購(gòu)買正版。
上傳時(shí)間： 2013-11-09
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“地”通常被定義為一個(gè)等位點(diǎn)，用來(lái)作為兩個(gè)或更多系統(tǒng)的參考電平。信號(hào)地的較好定義是一個(gè)低阻抗的路徑，信號(hào)電流經(jīng)此路徑返回其源。我們主要關(guān)心的是電流，而不是電壓。在電路中具有有限阻抗的兩點(diǎn)之間存在電壓差，電流就產(chǎn)生了。在接地結(jié)構(gòu)中的電流路徑?jīng)Q定了電路之間的電磁耦合。因?yàn)殚]環(huán)回路的存在，電流在閉環(huán)中流動(dòng)，所以產(chǎn)生了磁場(chǎng)。閉環(huán)區(qū)域的大小決定著磁場(chǎng)的輻射頻率，電流的大小決定著噪聲的幅度。在實(shí)施接地方法時(shí)存在兩類基本方法：?jiǎn)吸c(diǎn)接地技術(shù)和多點(diǎn)接地技術(shù)。在每套方案中，又可能采用混合式的方法。針對(duì)某一個(gè)特殊的應(yīng)用，如何選擇最好的信號(hào)接地方法取決于設(shè)計(jì)方案。只要設(shè)計(jì)者依據(jù)電流流量和返回路徑的概念，就可以以同時(shí)采用幾種不同的方法綜合加以考慮
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