CN103033798A - 雷达电路、雷达系统和用于测试车辆中的雷达电路和雷达天线之间的连接的方法 - Google Patents

Abstract

雷达电路、雷达系统和用于测试车辆中的雷达电路和雷达天线之间的连接的方法。一种用于在车辆中控制雷达天线的雷达电路包括用于连接雷达天线的天线端子、用于发送和接收雷达信号的发送和接收电路，其中该发送和接收电路连接到天线端子。设置测试电路，其中该测试电路同样连接到天线端子，并且测试电路构成为借助测试信号测试雷达天线是否按照功能连接了。

Description

雷达电路、雷达系统和用于测试车辆中的雷达电路和雷达天线之间的连接的方法

技术领域

本发明涉及车辆中的雷达电路和雷达系统的技术领域。

背景技术

雷达系统目前越来越多地在所有种类和类型的车辆中使用。雷达系统的设置使得例如可以识别潜在的危险，这些危险例如通过其它车辆、步行者或其它障碍引起。雷达系统的使用可以帮助识别这种障碍以及提供防止碰撞的合适措施。这种措施例如包括警告信号的产生，所述警告信号依据至物体或人员的距离或距离变化而输出给驾驶者。此外还可以产生控制信号，以降低或匹配车辆的速度或者引入避开操纵。

由此雷达系统用于提高交通参与者的交通安全性，这在未来还因为在很多国家中的法规而具有提高的重要性。

在此，雷达系统不仅用在陆地车辆中而且同样可以用在其它车辆类型中，例如水上车辆等等，以用于识别对象和避免碰撞。

发明内容

本发明的任务在于提出一种改进的、用于在车辆中监视雷达的概念。

该任务通过根据权利要求1的雷达电路、根据权利要求12的雷达系统以及根据权利要求20的用于测试的方法解决。

本发明提出一种用于在车辆中控制雷达天线的雷达电路，该雷达电路具有用于连接雷达天线的天线端子、用于发送和/或接收雷达信号的发送和接收电路，其中该发送和接收电路连接到天线端子。设置测试电路，其中该测试电路同样连接到天线端子，并且测试电路构成为借助测试信号测试雷达天线是否按照功能连接了。具有测试电路的雷达电路在实施例中集成在半导体芯片中。

雷达电路可以具有匹配电路，其中发送和接收电路以及测试电路经由匹配电路连接到天线端子。

测试电路在一种实施例中构成为在发送和接收电路的发送和/或接收期间借助测试信号测试雷达天线是否按照功能连接了。由此可以达到提高了的功能安全性，因为即使雷达系统安装在车辆中也能完成在运行时直接检查雷达天线的正确连接的可能性。由此，例如可以识别电天线连接中的故障并且避免雷达系统的失效，这些故障通过车辆运行时才有的针对天线和雷达电路的持续的机械要求产生。

测试电路还可以构成为提供具有以下频率的测试信号，该频率远小于由发送和接收电路提供的雷达信号的频率。在此，在实施例中测试信号的频率至多是雷达信号的频率的10⁴分之一。在实施例中，该频率可以介于0Hz和100kHz之间。在其它实施例中，该频率可以介于0Hz和1MHz之间。使用与雷达信号的频率相比更低的频率一方面可以实现在雷达频率之外的测试运行并由此在不影响雷达运行的情况下以及另一方面还实现非常灵敏地识别天线连接中的薄弱环节。为了避免干扰雷达运行，在实施例中设置分接元件或耦合元件，所述分接元件或耦合元件使得可以从高频的信号路径分接出或馈入低频信号，而不会干扰或显著干扰雷达信号路径。为此例如可以使用所谓的Bias Tee分接元件、滤波器元件或滤波器结构或集成在雷达电路中的经过修改的匹配元件，该匹配元件通过修改被设计为在节点或分接处抽取或馈入低频信号，而不会干扰雷达信号路径。因此在实施例中为了反馈测试信号完成附加的连接路径，其不用于或不能用于接收和发送雷达信号。为此可以设置闭环布置（closed loop），以便将雷达信号不能达到的路径上的测试信号反馈给测试电路。

测试电路还可以构成为将测试信号作为直流电流信号或作为直流电压信号提供。在此也设置闭环布置，其中直流电流信号或直流电压信号经由其它信号路径（例如接地连接）反馈到测试设备。

上述用于反馈信号的信号路径连接在实施例中至少部分地不同于其中引导雷达信号的信号路径连接。在此也可以通过简单但有效和起作用的方式测试雷达天线的按照功能的连接。为了避免对雷达运行的干扰，在实施例中设置分接元件或耦合元件，所述分接元件或耦合元件使得可以从高频信号路径分接出或耦合输入按照直流电流或按照直流电压的信号，而不会干扰或显著干扰雷达信号路径。为此，例如可以使用所谓的Bias Tee分接元件、滤波器元件或滤波器结构或集成在雷达电路中的经过修改的匹配元件，该匹配元件通过修改被设计为在节点或分接处抽取信号，而不会干扰或显著干扰雷达信号路径。在若干实施例中分接元件可以构成为使得既可以按照直流电压或按照直流电流地分接测试信号又可以低频地分接测试信号。

这使得既可以在第一低频模式中又可以在直流电压或直流电流模式中进行测试，由此通过在测试电路中对两个测试模式的组合而在识别差的或不存在的天线连接时实现提高的安全性。

在实施例中，雷达电路具有用于连接与雷达天线共同的参考电势的端子。

雷达电路在实施例中具有用于连接雷达天线的用于测试信号的端子的端子。

雷达电路的天线端子可以构成为，使得天线端子利用接合线与雷达天线可直接连接或者连接。

雷达电路的天线端子还可以构成为，使得天线端子可利用焊锡球与雷达天线连接。

在实施例中，整个雷达电路安装在壳体中。由此可以提供由于集成了上面提到的天线端子的测试而具有提高的功能安全性的紧凑的雷达部件。

本发明的另一个方面涉及一种用于车辆的雷达系统，该雷达系统具有载体，在该载体上设置雷达电路和雷达天线。雷达电路具有用于连接雷达天线的天线端子、用于发送和接收雷达信号的发送和接收电路，以及连接到发送和接收电路以及连接到天线端子的匹配电路。此外雷达电路具有测试电路，其中测试电路连接到匹配电路。雷达电路的测试电路构成为借助测试信号测试雷达天线是否被连接了。

由此可以基于由测试电路产生的测试信号随时测试车辆中的雷达系统，由此使得可以识别在运行期间才展示出来的端子的故障。这样的故障例如可能由于非常高的机械负荷而产生，所述机械负荷在车辆中会影响雷达天线与雷达电路之间的连接位置。

雷达电路在实施例中可以用所谓的接合线与雷达天线连接。在实施例中，雷达电路也可以用所谓的焊接球与雷达天线连接。在实施例中，天线和雷达电路经由晶圆级球闸阵列（Wafer Level Ball Grid Array）相互连接。雷达电路可以在没有壳体的情况下安装在载体上。雷达电路也可以安装在壳体中。

天线可以是作为图案施加在载体上的平面天线。雷达天线例如可以包括至少一个贴片天线。

雷达电路和雷达天线在实施例中具有用于共同的参考电势的端子。由此例如在经由闭环（closed loop）进行测试时实现针对直流电流测试或直流电压测试的简单实施以及具有低频信号的测试。

雷达电路和雷达天线可以分别具有用于测试信号的端子。

根据另一个方面，提出一种用于在车辆中测试雷达电路和雷达天线之间的连接的功能的方法，其中雷达系统的上述实施方式被用于测试。在此该方法包括通过雷达电路提供测试信号以及通过雷达电路测量该测试信号。

接着基于在雷达电路中对测量信号的测量来分析测试信号。

附图说明

下面参照附图详细阐述实施方式，其中

图1是根据实施例的雷达电路的连接框图；

图2是根据实施例的具有天线的雷达系统的连接框图；

图3是根据实施例的具有天线的雷达系统的连接框图；

图4是根据实施例的具有天线的雷达系统的连接框图；

图5是根据实施例的具有天线的雷达系统的连接框图；

图6是根据实施例的具有天线的雷达系统的连接框图；

图7是根据实施例的具有天线的雷达系统的连接框图；

图8是根据实施例的流程图。

具体实施方式

下面描述实施例，其中相同或相同类型的元件在不同的实施例中分别可以配备相同的附图标记。

参照图1，现在描述在例如机动汽车的车辆中应用的雷达电路100的实施例。在实施例中，整个雷达电路100通过一个或多个半导体部件来实施。雷达电路100具有天线端子102以用于连接到天线（在图1中未示出）。雷达电路此外包括连接到天线端子102的发送/接收电路104，以便将发送/接收电路104所产生的雷达信号在雷达信号路径上经由天线端子102和天线引线110传输到雷达天线或将雷达天线所接收的信号经由天线引线110和天线端子102输送给发送/接收电路104。

虽然在图1的连接框图中天线端子102仅作为唯一的元件示出，但是对于专业人员可以理解天线端子102在实施方式中可以表示多个端子区域。例如，在雷达电路100中可以设置多个端子区域，以便提供用于连接到天线的电连接。端子区域例如可以是用于将连接线固定到天线引线110或直接固定到天线的区域。该连接例如可以是借助接合、倒装芯片技术、表面安装技术等的固定。端子区域例如可以是球闸阵列或在其它固定技术中使用的端子区域。在此，端子连接可以借助焊锡球或接合线形成。

此外还可以设置多个端子区域，以执行到多个引线或多个子天线的电连接。

如稍后讲述的，天线可以是集成在载体上的平面天线，该载体例如是印刷电路板。例如天线可以具有一个或多个贴片天线。

发送/接收电路104可以通过已知的用于产生车辆的雷达信号的技术来实施。在实施例中，所产生的雷达信号的频率例如可以是24或77GHz，其中可以理解，可以在雷达区域内使用任何其它频率。发送/接收电路104可以在实施方式中是纯发送电路、纯接收电路或用于发送和接收雷达信号的电路。

发送/接收电路104可以具有已知的分析电路，以便能执行相应的距离计算或差速度计算。基于这些计算可以将对应的信息输出到车辆的控制单元或使用者。

如从图1所看出的，雷达电路100还具有连接到天线端子102的测试电路106。测试电路106与天线的耦合至少部分地通过测试端子线路106A进行，该测试端子线路利用雷达信号路径耦合到电路分支。如下面讲述的，在实施例中测试电路106还可以具有与信号路径连接的第二端子，使得形成其中引导测试信号的闭合的电循环。

测试端子线路106A在实施例中是导电的、其中不引导雷达信号的端子路径。在实施例中，通过合适的分接元件（例如滤波器结构）、专门为馈入测试信号而修改的匹配元件（其在雷达电路中集成在雷达信号路径中）或者Bias-Tee等来防止雷达信号可能侵入到测试端子线路106A中或雷达信号路径受到测试端子线路106A的干扰。测试端子线路106A适于引导直流电压信号或直流电流信号或低频测试信号。

测试电路106与天线的耦合也可以在雷达电路之外例如直接在雷达天线上进行，如在图1中用虚线示出的。例如，在实施例中在天线上设置的接地端子可以是用于接入测试信号的电路分支。

测试电路106被构成为并且使得可以产生测试信号并且还通过馈入测试信号来识别天线是否按照功能连接了。为了产生测试信号，测试电路106可以具有直流电压源或直流电流源，其中测试信号通过开关（例如晶体管）的馈入可以得到控制。此外，测试电路106在实施例中还可以具有信号发生器，以产生低频电信号。在其它实施例中，测试信号还可以是高频信号。信号形状可以是具有保持相同的频率的信号或者是具有变化的频率的信号。例如，信号发生器可以产生规则的正弦信号或者规则的矩形信号。但是还可以使用具有预定频谱的其它信号。

图8示出用于借助雷达电路100执行测试的流程图800。在第一步骤810中提供测试信号，如上面已经描述的。该测试信号在步骤820中得到测量以确定测量值。该测量值例如可以是基于测试信号的电压、电流或阻抗。在另一步骤中分析所述测量值，以识别天线是否按照功能连接了。

为了识别按照功能的连接，例如可以基于所反馈的测试信号的信号强度判断是否存在天线的错误连接。为此可以使用所接收的测试信号本身的参数，例如测试信号的电压、电流或功率的最大值或平均值，或者还可以基于接收的测试信号确定例如欧姆电阻或阻抗的参数。如果确定这些值处于预定的或预定义的范围之外，则由测试电路106输出信号，该信号表明已经确定天线没有按照规定连接。该信号例如可以在控制单元中使用以产生对驾驶者的警告提示或者关闭基于雷达信号的控制，以例如避免可能通过天线的不再按照功能的连接引起的事故。

不再按照功能的连接例如可能在运行时间的过程中通过过度的、出现在车辆内的机械要求引起。这可能导致天线端子102中或引向天线的引线中（例如在引向印刷电路板的微带上）的电错误连接，由此天线不再按照规定连接。此外老化现象、质量低的材料、事故或其它因素可能引起在车辆的首次启动时天线的按照功能的连接在常年运行的过程中不再按照功能了。

上述雷达电路使得可以随时执行测试，例如在制造雷达系统时、直接在制造之后以及还在运行期间（也就是还在雷达信号被传导至天线或接收雷达信号期间），而不会干扰雷达运行。

如上面已经描述的，直流电流或直流电压测量信号以及低频测试信号都可以用于测试。在实施例中，它们还可以组合以在非功能性连接的存在方面获得提高的安全性。测试信号的产生可以由控制单元控制，例如以按照规则的间隔或依据车辆的运行时间来产生测试信号。

现在，在具有天线和测试信号馈入的不同可能性的雷达系统中实施雷达电路100方面，参照下面的附图描述不同的实施方式。

图2至图5涉及不同的实施方式，其中测试信号由测试装置馈入闭环中。

在所述装置中，位于雷达电路外部的电路，也就是例如天线本身或用于天线的输送线路，具有用于连接附加的导电路径的端子，以便将测试信号反馈到测试电路106以及由此接通所述闭环。

图2示出雷达系统200的实施方式，其中使用天线112的端子114以形成闭环。该端子例如可以是为天线112的接地而设置的端子，其中该端子可以通过例如滤波器结构与雷达信号路径耦合，以防止雷达信号输入耦合到端子114中并由此影响雷达信号。天线112可以是平面天线，其例如作为金属图案施加在印刷电路板上。例如作为半导体部件实施的雷达电路100可以与印刷电路板上的相应的端子区域连接，从而进行雷达电路100至天线112的连接。

雷达系统200具有已经参照图1描述的雷达电路100的实施方式。雷达电路100在介于发送/接收电路104与天线端子102之间的雷达信号路径中具有匹配元件或匹配电路116，以执行与连接的天线112的阻抗的匹配。匹配元件116例如可以包括匹配网络或其它已知的匹配系统。测试电路106经由测试连接电路106A与匹配元件116的输入端连接，以便将测试信号经由匹配元件116引导至天线112的端子114。与已知的匹配元件不同，对匹配元件116进行修改，使得直流电压或直流电流或低频测试信号可以被馈入雷达信号路径，而不会显著干扰雷达信号路径。为此匹配元件116例如可以具有节点，该节点配备滤波器结构，以避免雷达信号侵入测试连接线路106A中。

测试信号在被馈入到匹配元件116中之后在雷达信号路径中经由天线引线110反馈到端子114并且经由地反馈，从而形成针对测试信号的闭环。测试电路106例如通过测量该测试信号在闭环中的电流或电压值来确定测试结果信号，该测试结果信号作为输出信号118从测试电路106输出并且例如被输送给控制单元。输出信号118例如可以是数字信号，其确定测试是否成功。换句话说，输出信号输出关于天线112是否按照功能连接到雷达电路的信息。

参照图2描述的雷达系统由此可以执行测试，而无需在雷达电路中设置附加的外部端子。虽然为了实施需要修改匹配元件，但是这样的修改可以在设计中提供而无需很多花费。由于附加的端子在集成半导体电路的制造以及封装时始终用作附加的成本因素，因此可以通过避免另外的端子来基于集成半导体电路成本有利地实施雷达系统。

现在参照图3描述雷达系统200的另一个实施例。

与根据图2的雷达系统不同，根据图3的雷达系统200具有测试电路106经由测试连接线路106A与天线112的端子114的连接。此外匹配元件116与接地端子120连接，从而又形成闭环。由于匹配元件典型地具有接地端子，因此该实施不需要修改匹配元件，因为可以使用现有的接地端子。但是需要附加的外部端子以从外部引导测试连接线路106A。

现在参照图4描述雷达系统的实施例，其中不使用接地连接而形成闭合的测试信号环路。

在根据图4的雷达系统200中，除了测试连接线路106A之外还设置另外的测试连接线路106B。测试连接线路106A如已经参照图2阐述的将测试电路106与匹配元件116连接。匹配元件116如上所述对应地匹配用于馈入测试信号。此外，另外的测试连接线路106B与天线112的外部端子114连接。由此形成闭环而不必使用接地连接来引导测试信号。由于测试信号引导没有接地连接地进行，因此在实施例中将测试电路106对应地设计为识别雷达信号路径中的接地短路，其方式是识别经由地流出的测试信号分量。由此可以实现在雷达系统的功能方面的提高的安全性，其方式是可以识别接地短路的附加故障源。

现在参照图5描述雷达系统200的另一实施例。

根据图5的雷达系统200具有差分信号引导以用于在匹配元件116与天线112之间引导雷达信号，也就是说，设置具有两个导体122A和122B的差分天线引线122，该差分天线引线将天线112与匹配元件116连接。测试电路106在该实施例中经由测试连接线路106A与匹配元件116连接。这两个差分导体中的一个被用于将测试信号输送至天线112。两个差分导体中的另一个被用于将测试信号又反馈到匹配元件116。换句话说，在使用两个差分导体的条件下形成针对测试信号的闭环。由此可以避免需要附加的导体来用于该闭环。在此经由测试电路106与匹配元件116的连接，使得测试电路106可以经由匹配元件116中的对应的分接点馈入测试信号。

现在参照图6描述雷达系统200的另一实施例。

在图6中描述的实施例中，雷达测试信号被馈入到雷达信号路径中并且基于雷达测试信号确定天线112是否按照功能连接。为此在实施例中，测量所馈入的信号的反射功率。为了产生雷达测试信号，在测试电路106中设置高频信号发生器124。测试电路106经由开关126分别与耦合元件128的两个端子连接，该耦合元件设置在介于天线112与发送/接收电路104之间的雷达信号路径中，以分别按照开关位置将由测试电路106产生的测试信号经由耦合元件128馈入雷达信号路径中的正向方向或逆向方向。耦合元件128例如可以借助定向耦合器构建，该定向耦合器使得可以依据方向来实现信号的耦合输出或耦合输入。发送/接收电路104的接收级测量反射的测试信号并且从中确定可用于检查天线112的功能的参数。这样的参数可以是信号电平、信号频率。同样，可以确定其它参数，例如平均信号电平、峰值、过零点等。在此利用了在天线112不再按照功能连接时测试信号的复数值阻抗改变从而导致反射系数的改变，这可以通过对所反射的信号的监控来检测。测试信号可以经由耦合元件128耦合输入到正向方向或逆向方向上。馈入到正向方向和逆向方向上的测试信号可以相互形成比例。对这样的比例的分析提高了测量和分析的鲁棒性和可靠性，因为通过形成比例从测量中消除了例如信号发生器124的输出电平或接收器或发送/接收电路104的灵敏性的参数。对这些测量的分析可以通过为此构成的电路来执行，或者通过雷达电路100本身中的合适软件来执行。

要注意，通过附加的耦合元件128以及信号的耦合输出也会提高雷达信号路径中的损耗功率。

下面参照图7描述另一实施例。

在该实施例中，经由相应的信号传感器测量由发送/接收单元在正向方向上和逆向方向上发送的雷达信号的至少一个参数并且接着输送给测试电路106。该参数例如可以是功率的平均值或最大值。测试电路106接着依据所测量的值确定是否存在根据功能的天线连接。根据图7的雷达系统200具有连接在发送/接收单元104与天线112之间的耦合元件130。雷达信号在正向方向上的分量以及该信号在逆向方向上的分量分别被耦合输出给耦合元件130的两个输出端之一并且分别被输送给传感器元件132，传感器元件对相应的参数进行测量。在实施例中，传感器元件132例如是用于确定耦合输出的信号的功率的传感器。传感器元件与开关134耦合，以便将相应的测量信号选择性地输送给测试电路106。基于传感器元件232的测量，在测试电路106中确定天线112是否按照功能连接。这例如可以通过以下方式进行，即通过形成两个测量信号的商来计算反射系数并且将该反射系数与预定值进行比较。

在上述实施例中，描述了用于实现对雷达天线的按照功能连接的测试的不同实施方式和概念。应当理解，这些不同实现的任何一个都可以与所描述的任何一个其它实现相组合，以例如获得提高的安全性或者出于其它原因。因此在不同实施例之一中描述或显示的任何特征可以与任何其它实施例组合。

Claims (20)

1.一种用于在车辆中控制雷达天线（112）的雷达电路（100），包括：

用于连接雷达天线（112）的天线端子（102），

用于发送和/或接收雷达信号的发送和接收电路（104），其中该发送和接收电路（104）连接到天线端子（102），

测试电路（106），其中该测试电路（106）连接到天线端子（102），

其中所述测试电路（106）构成为借助测试信号测试雷达天线（112）是否按照功能连接了。

2.根据权利要求1所述的雷达电路（100），

具有匹配电路，其中发送和接收电路（104）以及测试电路（106）经由匹配电路连接到天线端子（102）。

3.根据权利要求1或2所述的雷达电路（100），

其中测试电路（106）构成为在发送和接收电路（104）的发送和/或接收期间借助测试信号测试雷达天线（112）是否按照功能连接了。

4.根据权利要求1至3之一所述的雷达电路（100），

其中测试电路（106）构成为提供具有以下频率的测试信号，该频率远小于由发送和接收电路（104）提供的雷达信号的频率。

5.根据权利要求4所述的雷达电路（100），

其中测试信号的频率至多是雷达信号的频率的10⁴分之一。

6.根据权利要求1至3之一所述的雷达电路（100），

其中测试电路（106）构成为将测试信号作为直流电流信号或作为直流电压信号提供。

7.根据权利要求1至6之一所述的雷达电路（100），

其中雷达电路（100）具有用于连接与雷达天线（112）共同的参考电势的端子（114）。

8.根据权利要求1至6之一所述的雷达电路（100），

其中雷达电路（100）具有用于连接雷达天线（112）的用于测试信号的端子（114）的端子。

9.根据权利要求1至8之一所述的雷达电路（100），

其中雷达电路（100）的天线端子（102）构成为，使得天线端子（102）能利用接合线与雷达天线（112）连接。

10.根据权利要求1至8之一所述的雷达电路（100），

其中雷达电路（100）的天线端子（102）构成为，使得天线端子（102）能利用焊锡球与雷达天线（112）连接。

11.根据权利要求1至10之一所述的雷达电路（100），

其中雷达电路（100）安装在壳体中。

12.一种用于车辆的雷达系统，包括：

载体，其中在该载体上设置雷达电路（100）和雷达天线（112），

雷达电路（100）具有

      用于连接雷达天线（112）的天线端子（102），

      用于发送和/或接收雷达信号的发送和接收电路（104），

      匹配电路，其中该匹配电路连接到发送和接收电路（104）以及连接到天线端子（102），以及

      测试电路（106），其中所述测试电路（106）连接到匹配电路，

      雷达电路（100）的测试电路（106）构成为借助测试信号测试雷达天线（112）是否被连接了。

13.根据权利要求10所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达电路（100）利用接合线与雷达天线（112）连接。

14.根据权利要求10所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达电路（100）利用焊锡球与雷达天线（112）连接。

15.根据权利要求10至12之一所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达天线（112）包括至少一个贴片天线。

16.根据权利要求10至13之一所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达电路（100）安装在壳体中。

17.根据权利要求10至13之一所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达电路（100）没有壳体地安装在载体上。

18.根据权利要求10至15之一所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达电路（100）和雷达天线（112）具有用于共同的参考电势的端子。

19.根据权利要求10至15之一所述的用于车辆的雷达系统，

其中雷达电路（100）和雷达天线（112）分别具有用于测试信号的端子。

20.一种用于在车辆中测试雷达电路（100）和雷达天线（112）之间的连接的功能的方法，用于在根据权利要求12至19的雷达系统中使用，具有步骤：

提供测试信号（810）；

测量该测试信号，以产生至少一个测量值（820）；以及

分析所述测试信号，以识别雷达天线是否按照功能连接（830）。

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