CN103855478A - 具有集成的电涌保护的f－连接器 - Google Patents

Abstract

连接器（200），诸如但不限于是同轴母F-连接器，具有集成的电涌保护。F-连接器包括连接器本体（220），该连接器本体具有伸出的中心导体引线（215）。附连到F-连接器并基本上围绕引线的是电感器，诸如是其上具有绕组（315）的环形芯部（300）。在一个构造中，绕组的一个端部（320）附连到中心导体引线，而另一端部（325）附连到电接地。在另一构造中，该另一端部通过电容器、电源或偏压电路附连到电路接地。电感器用于将电涌分流到接地。串联电容器连接在中心导体引线和电路上的输入或输出端口之间，使期望的信号通过，并进一步有助于防止电涌到达装置。

Description

具有集成的电涌保护的F-连接器

技术背景

许多电子装置需要连接到其它装置，以输入和/或输出电力和/或信号。同轴电缆通常用于传输通信信号，包括RF、数据、视频和语音信号。例如，消费者常常会在住宅有线电视服务应用场合（例如机顶盒、电视机、计算机等等）中用到同轴电缆，而工业上通常将同轴电缆用于通信、安保以及计算机网络（例如WAN、LAN、配电箱、控制盘等）。

同轴电缆的常见构造包括通常是实心铜线的中心导体、介电绝缘体、屏蔽件和绝缘护套，介电绝缘体围绕中心导体并通常由泡沫或塑料制成，屏蔽件围绕介电绝缘体并防止射频（RF）能量辐射到同轴电缆之外，而绝缘护套可用于保护同轴电缆的其它部件免受恶劣天气和/或糟糕条件的影响，和/或减少对使用者的电击的可能性。通常，将屏蔽件保持在接地电位，并将信号施加于中心导体。尽管可将这种同轴电缆硬接线至电子装置或部件，但更常见的是采用连接器将电缆连接到电子装置，一个连接器在电子装置上，而另一个连接器在同轴电缆的端部上。除了通信信号外，同轴电缆可将直流（DC）电传输到装置电路或从装置电路传输直流电。通常，但不一定的是，电缆具有公连接器，而装置具有母连接器。用于将同轴电缆100连接到电子装置的一个常见连接器已知为同轴“F-连接器”。

图1是传统电缆连接系统的视图，该图示出连接到电子装置110的诸如是同轴电缆的电缆100，该电子装置诸如但不限于是位于诸如住宅或建筑物的结构115内的有线电视接收机。在许多领域中，将电缆100附连于电线杆（utility pole）105，以在地面上方进入结构115，而在其它领域中，电缆100可在地下125路由，以在地面（grade）附近或下进入结构115。

与电缆安装在地上还是地下无关，这种电缆可携带电涌，电涌通常例如但不限于由附近的闪电120袭击、电学故障或产生强电磁场的其它事件引起。这种事件会产生在容易破坏连接到电缆100的装置110的敏感电路的范围内的电涌电压和电流（文中被称为“电涌”）。过去，试图通过将电缆100连接到例如到电涌抑制器装置（未示出）或包括电涌抑制器的不间断电源（UPS）（未示出）的输入端，然后将其输出端通过短电缆（未示出）来连接到电子装置10以减少这些电涌。电涌抑制器或不间断电源根据电涌电压的幅值吸收或阻挡了大部分或全部的电涌电压，并且短连接电缆使在电涌抑制器或不间断电源之后可能会引起的任何电涌电压减到最少。这些传统的电涌抑制器和不间断电源装置可以较大，通常需要良好的接地，需要附加的电缆，并通常会加大与电子装置相关的成本和空间需求。此外，由这种装置提供的电涌保护水平对于最常见的电涌是不需要的，并且最常见的电涌会低于触发这种装置的电涌抑制特征的幅值或持续时间水平，但仍会呈足以破坏许多电子装置的敏感输入电路的幅值和/或持续时间。

发明内容

该总结是对下面在具体实施方式中描述的构思中的一些的简略和/或简化的介绍。该总结并不意在识别所要求的主题的关键特征或基本特征，也不意在将该总结用于限制所要求的主题的范围。此外，特定的实施方式可解决关于现有技术提及的所有缺点，或者仅可解决这种缺点中的一个或多个。文中公开了一种具有集成的电涌保护以保护装置的连接器、一种具有集成的电涌保护以保护装置的连接器系统以及一种用于向装置提供电涌保护的同轴连接器系统。采用具有安装在其上的电涌抑制电感器的连接器提供在电涌抑制的效率、减少干扰和节省制造用于电子装置的印刷电路板方面的益处，这些电子装置具有连接到电缆的输入或输出。

连接器具有集成的电涌保护以保护装置。该连接器包括导电的连接器本体，该连接器本体具有前端部和后端部；信号导体，该信号导体定位在连接器本体内，并从前端部延伸到后端部，并伸出该后端部；至少一个绝缘件，该绝缘件定位在连接器本体内，以使信号导体与本体电绝缘；以及电感器，电感器定位在后端部处和后端部内的凹陷区域内。电感器的一个端部连接到信号导体。电感器的另一端直接或通过另一器件连接到电路接地。电感器用于将电涌分流到接地。电感器可实施成较佳地在绝缘容器内的环形件的形式，以减少任何产生电弧的可能性。串联电容器连接在信号导体和待保护的装置的输入或输出端口电路之间，使期望的信号通过，并进一步有助于防止电涌到达装置。

连接器系统具有集成的电涌保护以保护装置。系统包括同轴连接器和电感器。同轴连接器包括导电的连接器本体，该连接器本体具有前端部和后端部；中心导体，该中心导体定位在连接器本体内，并从前端部延伸到后端部，并伸出该后端部；以及至少一个绝缘件，该绝缘件定位在连接器本体内，以使中心导体与本体电绝缘。电感器定位在连接器的后端部处或连接器的后端部内的凹陷区域内。电感器的一个端部连接到中心导体。电感器用于将电涌分流到接地。电感器可实施成较佳地在绝缘容器内的环形件的形式，以减少任何产生电弧的可能性。串联电容器连接在信号导体和待保护的装置的输入或输出端口电路之间，使期望的信号通过，并进一步有助于防止电涌到达装置。

一种用于向装置提供电涌保护的同轴连接器系统。同轴连接器系统包括同轴连接器、电感器和串联电容器。同轴连接器包括：导电的连接器本体，该导电的连接器本体具有前端部和后端部；中心导体，该中心导体定位在连接器本体内，并从前端部延伸到后端部，并伸出后端部；第一绝缘件，该第一绝缘件定位在连接器本体内，以使中心导体与连接器本体的前端部电绝缘；第二绝缘件，该第二绝缘件定位在连接器本体内，以使中心导体与连接器本体的后端部电绝缘；以及绝缘容器，该绝缘容器定位在后端部处或后端部内的凹陷区域内。电感器包括环形芯部，在该环形芯部上有绕组，且电感器至少部分地位于绝缘容器内，以减少任何产生电弧的可能性。绕组的一个端部连接到中心导体和串联电容器。串联电容器连接在中心导体和待保护的装置的输入或输出端口电路之间，使期望的信号通过，并进一步有助于防止电涌到达装置。绕组的另一端部通过连接到以下元件之一而连接到电路接地：连接器本体、电路接地、另一电容器、电源、或者偏压电路。电感器用于将电涌分流到接地。

附图说明

图1是传统电缆连接系统的视图。

图2是母同轴F-连接器的示例性构造的前立体图。

图3是示出用于母同轴连接器的示例性环形元件的立体图。

图4是示出在其内具有环形件的环形杯的示例性母F-连接器的后端的后立体图。

图5A和5B分别是示例性环形杯的侧视图和平面图。

图6是安装在示例性母同轴连接器内的示例性环形组件的视图。

图7A和7B是受保护免于电涌的两个示例性装置的示意图。

具体实施方式

以下具体实施方式涉及一种具有包含的电涌保护（结构）的电缆连接器，但不限于该类型的连接器，并可用于希望有电涌保护的其它类型的连接器。在下述具体说明中，参照构成本发明一部分的附图，且附图以说明方式示出说明的各种构造或示例。现参见附图，其中相同的附图标记在整个若干附图中表示相同的元件，表现具有包括集成的电涌保护在内的电涌保护的连接器的各方面。

图2是母同轴F-连接器200的示例性构造的前立体图。母连接器200在电缆100的端部处与对应的公连接器（未示出）可逆地匹配，通常通过将公和母连接器旋紧在一起来可逆地匹配。为了便于讨论并且不作限制或约束，在文中可参照F-连接器200的“前方”或“前端”，以及参照F-连接器200的“背面”、“背端”、“后方”或“后端”。F-连接器前端部205是与连接到同轴电缆100相关的端部。F-连接器后端210是与连接器前端部205相对的端部，并且是与连接到电子装置110或连接到电子装置内部分相关的端部。本体220是导电金属，并设有螺纹以与公F-连接器匹配。从前表面205延伸到连接器200的后端并伸出该后端的是连接引线215，该连接引导件较佳地还构成表面205内的中心导体215A。连接引线215通常诸如但不限于通过钎焊、超声波焊接或另一种期望并合适的技术来连接到装置110内的印刷电路板（未示出）。连接引线215可在文中被称为中心导体、信号导体或电力导体。

连接引线215通过诸如但不限于是绝缘件225的一个或多个绝缘件而与本体220电绝缘开。前绝缘件225包括导体接纳孔215A，以接纳电缆（未示出）的中心导体。总地标记为230并且在图4和6中更清楚可见的另一绝缘件位于连接器本体220的后端处。这些绝缘件的作用是将导体215定位和保持在连接器本体220内，但不与该本体220电连接。在一些构造中，后绝缘件230可构造成与连接引线215匹配，以使连接引线215适当地定向。后绝缘件230还包括孔（未示出），连接引线215通过该孔插入，以进行定位和保持。在其它构造中，接纳孔可以呈不同的构造，以适应具有不同形状和/或沿其长度具有不同形状的连接引线215。

在图4中示出关于后端部210的设计和构造的一些细节，且如设想地可在此使用的示例性母同轴连接器200的设计和构造的附加细节在由EarlDaughtry等人在2012年8月29日提交的、题为“F-Connector with ChamferedLock Ring（具有斜切锁定环的F-连接器）”的美国专利申请号13/598015中公开，该申请的全部内容以参见的方式纳入本文。在此公开的电涌保护（结构）不限于用于该专利申请或本专利申请中公开的连接器，也不限于用于母F-连接器，而是可以用于提供或者设置成可提供适于安装环形件300（图3）或环形组件420（图4）的空间的任何连接器。

图3是示出用于诸如但不限于是图2的示例性母F连接器200的同轴连接器的示例性环形元件300的立体图。所示的环形元件300保护电子装置110免受同轴电缆100上或者在同轴电缆上引发的诸多电涌的影响。所示的环形元件300包括具有中心孔310的环形芯部305和线圈315，该线圈具有第一端部或引线320以及第二端部或引线325。

通常，环形芯部305是铁氧体化合物，而线圈315是漆包线。在替代构造中，环形芯部305可包括多种形状和尺寸，包括杯形、珠缘形、套管形、分裂的“C”或“U”形、诸如单个“C”或角度的局部形状或其组合等，形状和尺寸仅是一种设计选择。为了本发明的目的，所有这些各种构造以单数或复数被称为“芯部”或“各芯部”。

所示构造示单个实心芯部305和单个连续线圈或线材315。替代的构造包括诸如但不限于为堆叠构造的多个芯部305。此外，替代的构造包括多个线圈315。在替代的构造中，芯部和/或线圈的组分可包括铁氧体、钢、铜、其它金属及其组合等。应理解到与大多数电缆通信有关的频率相比，电涌通常是低频波形。将芯部305、线圈315的数目以及线圈315绕在芯部305周围的绕圈数选择成能提供相对较高的阻抗，即，在所涉及的信号频率下，与同轴电缆100的阻抗以及装置110的输入阻抗相比较高，从而不会不利地影响在电缆100上传输的信号，并提供较低频率和/或较小的直流电（DC）下的相对较小的阻抗，以分流任何电涌。

图4是示出具有环形杯400和位于其内的环形件300的示例性母F-连接器200的后端210的后立体图。还示出连接引线215、环形件300的引线325中的一个、环形杯400内的允许换环形件300的引线325离开环形杯400从而连接到期望的电导体（图7A和7B）的切去部405，、中心通道或引导件410以及后绝缘件230，该中心通道或引导件410围绕引线215，并形成使引线215穿过的孔415。

在一个构造中，采用没有环形杯400的环形件300。然而，这不是较佳的构造，因为在制造和/或安装期间或者甚至仅由于线材315大角度弯曲到环形芯部305周围产生的应力，线材315上的绝缘层会在一个或多个位置断裂或裂开。如果发生这种情况，那么在电涌期间，会在这种位置与连接器200的导电引线215和/或本体220之间产生电弧。这种电弧会横跨电感器（环形件300）的一部分形成短路，由此影响信号的质量和水平。这种电弧的产生还会产生电压瞬变和/或电磁干扰，它们会干扰到电路运行和/或破坏附近的或与其连接的电路部件。

为了减少产生这种电弧的可能性，环形组件300较佳地定位在环形杯400内，该环形杯位于连接器200的后端处或其后端内。环形杯400由绝缘材料制成。环形杯400提供附加的绝缘层，即便线材315上的绝缘受损，该附加的绝缘层也可减小产生火花或电弧的可能性。将环形件300放置于环形杯400内，以形成环形组件420。

在一种构造中，环形组件420通过将连接引线215穿过中心孔415以使环形组件420围绕连接引线215来定位。然后，将环形组件420压抵连接器200的后表面425。在一种构造中，连接器200的后端深到足以可将环形件300和环形杯400放置于连接器200的本体220内。在另一构造中，将环形组件420安置于由例如但不限于位于连接器200的后表面425上的导引键（indexing key）430A和430B形成的空间内。例如，导引键430A和430B（图6）230可以足够长，并具有大到足以支承环形杯400的内直径。如果期望，环形组件420可通过合适的粘结剂附连于后表面425。环形杯400可填充有适当的灌封材料，以将环形件300固定在环形杯400，防止对环形件300的绕组315造成破坏，保护环形件300免受湿气、振动和/或其它环境条件等的影响。

图5A和5B分别是示例性环形杯400的侧视图和平面图。环形杯400具有基部515、圆形内壁或管410以及圆形外壁或管420。内壁410形成通道或孔415，该通道或孔完全穿过环形杯400，且该通道或孔内插有连接引线215。内壁410和外壁420之间的空间形成其内放置有环形件300的体积505。还示出切去部405以及可选的但较佳的标记凸耳或环510，这些标记凸耳或环用于使环形杯400在连接器200内的位置对准，以使导体215适当地对准，以安装在并连接到电路板（未示出），以及使线圈端部325和切去部405适当地定位，以连接到另一部件（未示出）。孔415的矩形形状不是必需的，但却是较佳的，以有助于对准导体215，便于安装在并连接到电路板（未示出）。

图6是安装在示例性母同轴连接器200内的示例性环形组件420的视图，该图示出延伸穿过切去区域405的引线325，并还示出引线215，该引线215可选地弯成能使电涌保护的公F-连接器组件600方便地安装到例如电路板。以所示方式弯曲的引线215还可用于保持环形组件420，特别是如果不采用粘结剂来将环形组件420固定到连接器200的话。在将环形组件420安装在连接器200内之后以及在将引线215弯曲的之前或之后，将环形组件420的引线320诸如但不限于通过钎焊、超声波焊接或另一期望和合适的技术来固定到引线215。

图7A和7B是被保护免受电涌影响的两个示例性装置110的示意图。现在参照图7A，示出有第一示意图700A，该第一示意图示出连接到电子装置110的输入、输出或输入/输出端口705、诸如但不限于是电缆调制解调器接收器的射频输入端口的F-连接器200。在此构造中，将信号通过电缆100（图1）传输到与连接器200连接的装置110，或者是从装置110传输信号，但不传输直流电。串联电容器C1和诸如环形件300的并联或分流电感器L1构成连接器200和端口705之间的高通滤波器的一部分。连接器200的连接引线215连接到电容器C1的一端以及环形件300的引线中的一个，诸如引线320。电容器C1的另一端连接到被连接的装置110的端口705。环形件300的另一引线、诸如引线325连接到电路接地710，诸如但不限于是装置110的元件或甚至是F-连接器200的本体。因此，电容器C1将会阻断出现在电缆100上的任何低频或直流电涌或静电，并且环形件400将它们分流到接地。因此，保护了装置110的端口705。

参照图7B示出有第二示意图700B，该第二示意图类似于示意图700A，但在此构造中信号和电力都可从装置110经由连接到连接器200的电缆100传递到装置110，或从装置110经由该电缆100传递信号和电力。但在此构造中，环形件300的引线325连接到电源或偏压电路715并连接到电容器C2的一个端部，而电容器C2的另一端部连接到电路接地710。装置110可经由电缆100向装置（未示出）提供偏压或电力，或者装置110可经由电缆100从另一装置（未示出）接收偏压或电源。因此，电容器C1将会阻断出现在电缆100上的任何低频或直流电涌或静电，并且环形件400将它们分流到电源或偏压电路715。电容器C2用于吸收会出现的任何电涌的一部分，以使电路715不过压，并还吸收会通过电感器L1的任何高频信号。因此，再次保护了装置110的端口705。

在电路700A和700B的一个构造中，电容器C1具有470到1000皮法（pf）之间的值，而电感器L1具有约8.3微亨利（μH）的值。电缆100的额定阻抗（75欧姆）以及端口705的额定输入阻抗连同L1和C1的这些值构成高通滤波器，该高通滤波器具有约5兆赫兹（MHz）的额定截止频率。这些值和该截止频率仅是示例性的，可以如期望地采用其它值来实现具有特定电缆阻抗和端口输入阻抗的期望的截止频率。电路700B的电容器C2具有10000pf的额定值。该值并不重要，且可采用其它值。在一个构造中，L1包括绕在FT23环形芯部上的8到10圈的绝缘线，该环形芯部具有0.12英寸的内直径和0.23英寸的外直径。

较佳地并且如图4和6中所示，电感器L1/环形件300放置于连接器200的后端部处或内，而不是在端口705处或内。这用于吸收连接器200的位点处的、而不是装置110内的任何流入瞬变电流或电涌，并将装置110内的任何EMI辐射减到最小。实际上，如果使用的话，部件200、L1、C1和705以及部件C2和715较佳地紧密安装在装置110内的印刷电路板（PCB）上，并且较佳通过PCB上的导电迹线来连接。例如，引线215和电容器C1的一端通过将它们钎焊到PCB上的导电迹线来连接，而电容器C1的另一端和端口705的输入/输出通过将它们钎焊到PCB上的另一导电迹线来连接。此外，在电路700A中，将引线325钎焊到接地迹线，较佳地是与连接器200的本体所钎焊到的接地迹线相同的那根。类似地，在电路700B中，引线325、电容器C2的一端以及电路715的输入/输出通过将它们钎焊到PCB上的另一导电迹线来连接。将电容器C2的另一端钎焊到接地迹线，较佳地是与连接器200的本体所钎焊到的接地迹线相同的那根。较佳地，将器件和导电迹线设置成使用于分流电涌的任何迹线的长度减到最小。

基于上述，应理解到，公开了具有内置电涌抑制结构的连接器。还应理解到，具有内置电涌抑制结构的连接器在制造用于电子装置的PCB方面提供优点。通过使电涌在早前的位点、即在连接器处分流，减少了电涌将引起对PCB上和/或电子装置内的器件和电路的干扰或破坏的可能性。此外，由于连接器设有已经附连的电感器（环形件），所以必须放置于PCB并钎焊到PCB的部件会少一个。此外，由于连接器设有已经附连在连接器的后端处的电感器（环形件），与电感器必须单独地安装到PCB上相比，PCB上所需的空间较少。因此，可以实现制造成本和时间以及PCB空间的节省。还应理解，上述主题仅作为说明提供，并且不应被解释为限制。可对本文所述的主题作出各种修改和改变，而不必遵循所示和所述的示例实施例和应用，且不背离所附权利要求书中所述的本发明的范围。

Claims (20)

1.具有集成的电涌保护的连接器，所述连接器包括：

导电连接器本体，所述连接器本体具有前端部和后端部；

信号导体，所述信号导体定位在所述连接器本体内，并从所述前端部延伸到所述后端部，并伸出所述后端部；

至少一个绝缘件，所述至少一个绝缘件定位在所述连接器本体内，以使所述信号导体与所述连接器本体电绝缘；以及

电感器，所述电感器具有第一端部和第二端部，所述第一端部连接到所述信号导体，且所述电感器定位在所述后端部处或者所述后端部内的凹陷区域内。

2.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述电感器包括环形芯部，多个绕组位于所述环形芯部上，且所述多个绕组具有所述第一端部和所述第二端部。

3.如权利要求2所述的连接器，其特征在于，所述环形芯部具有中心通道，且所述信号导体穿过所述中心通道。

4.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述第二引线电连接到所述连接器本体。

5.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述第二引线电连接到电路接地。

6.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，还包括绝缘容器，以至少部分地封围所述电感器。

7.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述至少一个绝缘件包括第一绝缘件，以使所述信号导体与所述连接器本体的所述前端部电绝缘。

8.如权利要求7所述的连接器，其特征在于，还包括第二绝缘件，以使所述信号导体与所述连接器本体的所述后端部电绝缘。

9.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述导电的连接器本体、所述信号导体以及所述至少一个绝缘件是同轴连接器的一部分。

10.一种提供电涌保护的连接器系统，包括：

同轴连接器，所述同轴连接器包括：

导电连接器本体，所述导电连接器本体具有前端部和后端部；

中心导体，所述中心导体定位在所述连接器本体内，并从所述前端部延伸到所述后端部，并伸出所述后端部；以及

至少一个绝缘件，所述至少一个绝缘件定位在所述连接器本体内，以使所述中心导体与所述连接器本体电绝缘；以及

电感器，所述电感器具有第一端部和第二端部，所述第一端部连接到所述中心导体，且所述电感器定位在所述后端部处或者所述后端部内的凹陷区域内。

11.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，所述电感器包括环形芯部，多个绕组位于所述环形芯部上，且所述多个绕组具有所述第一端部和所述第二端部。

12.如权利要求11所述的连接器系统，其特征在于，所述环形芯部具有中心通道，且所述中心导体穿过所述中心通道。

13.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，所述第二引线电连接到所述连接器本体。

14.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，所述第二引线电连接到电路接地。

15.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，还包括连接在所述中心导体和待保护的电路之间的电容器。

16.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，还包括连接在所述中心导体和待保护的电路之间的第一电容器以及连接在所述第二引线和电路接地之间的第二电容器。

17.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，还包括绝缘容器，以至少部分地封围所述电感器。

18.如权利要求10所述的连接器系统，其特征在于，所述至少一个绝缘件包括第一绝缘件，以使所述中心导体与所述连接器本体的所述前端部电绝缘。

19.如权利要求18所述的连接器系统，其特征在于，还包括第二绝缘件，以使所述中心导体与所述连接器本体的所述后端部电绝缘。

20.一种用于提供电涌保护的同轴连接器系统，包括：

同轴连接器，所述同轴连接器包括：

导电的连接器本体，所述导电的连接器本体具有前端部和后端部；

中心导体，所述中心导体定位在所述连接器本体内并从所述前端部延伸到所述后端部，并伸出所述后端部；

第一绝缘件，所述第一绝缘件定位在所述连接器本体内，以使所述中心导体与所述连接器本体的所述前端部电绝缘；

第二绝缘件，所述第二绝缘件定位在所述连接器本体内，以使所述中心导体与所述连接器本体的所述后端部电绝缘；以及

绝缘容器，所述绝缘容器定位在所述后端部处或所述后端部内的凹陷区域内；

电感器，所述电感器包括环形芯部，多个绕组位于所述环形芯部上，所述多个绕组具有所述第一端部和所述第二端部，所述第一端部连接到所述中心导体，所述电感器至少部分地位于所述绝缘容器内；

串联电容器，所述串联电容器连接在所述中心导体和待保护的电路之间；以及

其中，所述多个绕组的所述第二端部通过连接到预先确定的如下元件之一而连接到电路接地：(1)所述连接器本体，(2)电路接地，(3)另一电容器，(4)电源，或者(5)偏压电路。

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