CN109766298B - 基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于USB Type‑C接口的终端设备、外接设备及供电系统，在确定出外接设备的USB Type‑C接口中各电源引脚的电压电流需求后，根据供电需求控制供电模块的第一供电端和第二供电端的输出，且控制切换模块中第一接收端、第二接收端、第一输出端、第二输出端的导通状态，从而向外接设备提供两种电压，使得外接设备在需求两种大小不同的电压时，无需设置电压转换电路，实现降低外接设备电路的复杂度、节约成本的目的。

Description

基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统
本申请是2016年07月19日提出的发明名称为“基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统”的中国发明专利申请201610570747.X的分案申请。
技术领域
本发明实施例涉及USB Type-C接口技术领域，尤其涉及一种基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统。
背景技术
随着通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口的快速发展，USB接口由Type A接口和Type B接口演进为USB Type-C接口。电力传输(Power Delivery，PD)功能为USB Type-C接口的重要功能之一。通过PD功能，具备USB Type-C接口的终端设备可以为其他支持USB Type-C接口的外接设备供电。其中，提供供电功能的终端设备称之为主设备，被供电的外接设备称之为从设备。供电过程中，主设备通过USB Type-C接口将电压传输至从设备，从而实现对从设备的供电。
一般来说，主设备能够提供的电压比较单一。然而，一些场景下，从设备需要多种不同大小的电压。当主设备通过USB Type-C接口将电压传输至从设备时，从设备需要通过自身的电压转换电路，将通过USB Type-C接口传输过来的电压转换为自身需求的电压，然后，才能使用该电压。该过程中，需要在从设备上设计电压转换电路，使得从设备电路复杂、成本高。
发明内容
本发明提供一种基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统，实现降低从设备电路的复杂度、节约成本的目的。
第一方面，本发明实施例提供一种基于USB Type-C接口的终端设备，所述终端设备包括：
供电模块，所述供电模块设置有第一供电端和第二供电端；
切换模块，所述切换模块设置有与所述第一供电端相连的第一接收端、与所述第二供电端相连的第二接收端，还设置有与所述USB Type-C接口的第一电源引脚相连的第一输出端、与所述USB Type-C接口的第二电源引脚相连的第二输出端；
处理器，所述处理器被配置为通过所述USB Type-C接口的CC引脚接收外接设备的供电需求，并根据所述供电需求，控制所述供电模块的第一供电端和第二供电端的输出，且控制所述切换模块中第一接收端、第二接收端、第一输出端、第二输出端的导通状态，其中所述供电需求为所述外接设备的至少两种电压电流需求。
第二方面，本发明实施例提供一种基于USB Type-C接口的外接设备，所述外接设备包括：
第一受电模块；
第二受电模块；
切换模块，所述切换模块设置有与所述第一受电模块相连的第一输出端，与所述第二受电模块相连的第二输出端，还设置有与所述USB Type-C接口第一电源引脚相接的第一接收端，与所述USB Type-C接口第二电源引脚相接的第二接收端；
处理器，所述处理器用于根据所述第一受电模块和所述第二受电模块的电压电流需求，生成供电需求，并通过所述USB Type-C接口的CC引脚发出所述供电需求，其中所述供电需求为所述外接设备的至少两种电压电流需求。
第三方面，本发明实施例提供一种基于USB Type-C接口的供电系统，包括如上第一方面所述的基于USB Type-C接口的终端设备，以及第二方面所述的基于USB Type-C接口的外接设备。
本发明实施例提供的基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统，所述终端设备包括：供电模块、切换模块，所述切换模块分别与所述供电模块、所述USB Type-C接口相连；根据所述USB Type-C接口接收到的外接设备的供电需求，所述切换模块导通所述供电模块与所述USB Type-C接口之间的通路。因此，可以根据需求电压的不同，通过切换模块导通供电模块与USB Type-C接口之间的不同通路，使得外接设备在需求不同的电压时，无需设置电压转换电路，实现降低外接设备电路的复杂度、节约成本的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明方法实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明方法的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为目前基于USB Type-C接口的供电框图；
图2为本发明基于USB Type-C接口的供电系统实施例一的结构示意图。
图3为本发明基于USB Type-C接口的供电系统实施例二的结构示意图；
图4为本发明基于USB Type-C接口的供电系统中终端设备的切换模块的举例示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
PD功能为USB Type-C接口的重要功能之一，具有USB Type-C接口的终端设备最大可支持20伏特(V)、5安培(A)，即100瓦特(W)的功率传输，可以为具有USB Type-C接口的外接设备，如笔记本电脑等进行供电。供电过程中，终端设备通过握手确定外接设备需求的电压值与电流值，通过USB Type-C接口将电压传输至外接设备，从而为外接设备供电。具体的，可参见图1，图1为目前基于USB Type-C接口的供电框图。
请参照图1，终端设备、外接设备上各自设置有PD芯片、USB Type-C接口、配置信道(Configuration Channel，CC)模块等，终端设备上还设置有主设备电源系统模块，主设备电源系统模块通过PD芯片与终端设备上的USB Type-C接口连接，外接设备上还设置有从设备电源系统模块，从设备电源系统模块通过PD芯片与外接设备上的USB Type-C接口连接，终端设备、外接设备的USB Type-C接口相互连接。供电过程中，终端设备的CC模块与外接设备的CC模块之间通信，确定出外接设备需求的电压值和电流值，通过USB Type-C接口将电压传输至外接设备，从而为外接设备，即从设备供电。
上述供电过程中，终端设备可以提供一种电压。然而，部分外接设备往往需要多种电压值不同的电压。例如，与电视分离设置的电视盒子，其需要5V和3.3V电压，此时，若电视盒子作为从设备，电视作为主设备，假设主设备只能提供5V的电压，能够满足从设备5V电压的需求，但是对于从设备需求的3.3V，从设备需要通过自身的电压转换电路，将5V电压转换为3.3V，然后才能使用。该过程中，需要在从设备上设置电压转换电路，使得从设备电路复杂、成本高。
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于USB Type-C接口的终端设备、外接设备及供电系统，实现降低外接设备电路的复杂度、节约成本的目的。具体的，可参见图2，图2为本发明基于USB Type-C接口的供电系统实施例一的结构示意图。
如图2所示，本发明实施例中，基于USB Type-C接口的供电系统主要包括终端设备和外接设备，其中，终端设备包括：
供电模块1，所述供电模块1设置有第一供电端11和第二供电端12；
切换模块2，所述切换模块2设置有与所述第一供电端11相连的第一接收端21、与所述第二供电端12相连的第二接收端22，还设置有与所述USB Type-C接口3的第一电源引脚31相连的第一输出端23、与所述USB Type-C接口3的第二电源引脚32相连的第二输出端24；
处理器4，所述处理器4被配置为通过所述USB Type-C接口3的CC引脚接收外接设备的供电需求，并根据所述供电需求，控制所述供电模块1的第一供电端11和第二供电端12的输出，且控制所述切换模块2中第一接收端21、第二接收端22、第一输出端23、第二输出端24的导通状态，其中所述供电需求为所述外接设备的至少两种电压电流需求。
外接设备包括：
第一受电模块5；
第二受电模块6；
切换模块7，所述切换模块7设置有与所述第一受电模块5相连的第一输出端71，与所述第二受电模块6相连的第二输出端72，还设置有与所述USB Type-C接口8第一电源引脚81相接的第一接收端73，与所述USB Type-C接口8第二电源引脚82相接的第二接收端74；
处理器9，所述处理器9用于根据所述第一受电模块5和所述第二受电模块6的电压电流需求，生成供电需求，并通过所述USB Type-C接口8的CC引脚发出所述供电需求，其中所述供电需求为所述外接设备的至少两种电压电流需求。
下面，结合图2对本发明基于USB Type-C接口的供电方法中，USB Type-C接口与供电过程进行详细说明。
首先，USB Type-C接口。
具体的，上述图2中，终端设备上的USB Type-C接口3为母头，端口表如表1所示，外接设备上的USB Type-C接口8为公头，端口表如表2所示。
表1
Figure BDA0001962074350000051
表2
Figure BDA0001962074350000052
Figure BDA0001962074350000061
根据表1与表2可知：终端设备的USB Type-C接口3与外接设备的USB Type-C接口8分别具有至少24个连接端子(pin)脚。以终端设备的USB Type-C接口3为例，表1中示出了上下两层连接端子，A1～A12分别标示上层由左至右12个连接端子，B1～B12分别标示下层由右至左12个连接端子。其中至少包括四个电源引脚(上层的A4、A9与下层的B4、B9)、十二个差分端子(上层的A2、A3、A6、A7、A10、A11与下层的B2、B3、B6、B7、B10、B11)、四个接地端子(上层的A1、A12与下层的B1、B12)、两个选择端子(上层的A5与下层的B5)以及两个保留端子(上层的A8与下层的B8)。
根据表1可知：终端设备的USB Type-C接口3上下两排端子定义刚好顺序相反，因此，无论外接设备的USB Type-C接口8正着插，还是反着插，数据连接都是一样的，即支持正反插。
本发明实施例中，处理器4对终端设备的电源引脚进行分配，并控制切换模块2中第一接收端21、第二接收端22、第一输出端23、第二输出端24的导通状态，处理器9对外接设备的电源引脚进行分配，并控制切换模块7中第一接收端71、第二接收端72、第一输出端73、第二输出端74的导通状态，从而实现终端设备对外接设备提供两种电压的目的。
其次，工作原理。
具体的，供电过程中，首先，外接设备的处理器9根据第一受电模块5和第二受电模块6的电压电流需求，生成供电需求，该供电需求为外接设备的USB Type-C接口8中各电源引脚的电压电流需求；接着，外接设备的处理器9与终端设备的处理器4进行握手通信，将供电需求发送给终端设备的处理器4。该过程中，外接设备的处理器9将供电需求通过USBType-C接口8的CC引脚、USB Type-C接口3的CC引脚发送给终端设备的处理器4；然后，终端设备的处理器4根据供电需求，控制供电模块1的第一供电端11和第二供电端12的输出，并且，终端设备根据和外接设备的协商，根据协商的结果控制切换模块2中第一接收端21、第二接收端22、第一输出端23、第二输出端24的导通状态，此时外接设备根据协商的结果控制切换模块7中的第一接收端71、第二接收端72、第一输出端73、第二输出端74的导通状态。
本发明实施例提供的基于USB Type-C接口的终端设备，在确定出外接设备的USBType-C接口中各电源引脚的电压电流需求后，根据供电需求控制供电模块的第一供电端和第二供电端的输出，且控制切换模块中第一接收端、第二接收端、第一输出端、第二输出端的导通状态，从而向外接设备提供两种电压，使得外接设备在需求两种大小不同的电压时，无需设置电压转换电路，实现降低外接设备电路的复杂度、节约成本的目的。
上述实施例中，终端设备的处理器4和外接设备的处理器9在协商的过程中，外接设备需要确定终端设备的USB Type-C接口3与外接设备的USB Type-C接口8是正插还是反插，然后再控制切换模块7，从而实现支持正反插的目的。以此兼容现有USB Type-C的控制协议。
图3为本发明基于USB Type-C接口的供电系统实施例二的结构示意图。请参照图3，本实施例提供的供电系统，在上述图2的基础上，进一步的，终端设备的切换模块2还设置有与USB Type-C接口3的第三电源引脚33相连的第三输出端25、与USB Type-C接口3的第四电源引脚34相连的第四输出端26；进一步的，供电模块1还设置有第三供电端13和第四供电端14；切换模块2还设置有与第三供电端13相连的第三接收端27、与第四供电端14相连的第四接收端28；处理器4还用于根据供电需求，控制供电模块1的第三供电端13和第四供电端14的输出，且控制切换模块2中各接收端和各输出端的导通状态。再请参照图3，相应的，外接设备的切换模块7还设置有与USB Type-C接口8的第三电源引脚83相连的第三接收端75、与USB Type-C接口8的第四电源引脚84相连的第四接收端76。进一步的，外接设备设置有第三受电模块10和第四受电模块01；切换模块7，还设置有与第三受电模块10相连的第三输出77端和与第四受电模块01相连的第四输出端78；处理器9具体用于根据第一受电模块5、第二受电模块6、第三受电模块10、第四受电模块01的电压电流需求，生成供电需求，并通过USB Type-C接口8的CC引脚发出供电需求。
具体的，本实施例中，在外接设备上设置第三受电模块10、第四受电模块01，通过处理器9根据各个受电模块的电压电流需求，生成供电需求，进而处理器9通过握手通信将供电需求发送给终端设备的处理器4。终端设备侧，通过在供电模块1上设置第三供电端13、第四供电端14，在切换模块2上设置相应的第三接收端27、第四接收端28、第三输出端25、第四输出端26，从而使得处理器4可以根据供电需求，控制供电模块1的各个输出端输出至多4路电压，进而控制切换模块2中各接收端和各输出端的导通状态，使得该4路电压分别通过USB Type-C接口3的第一电源引脚31、第二电源引脚32、第三电源引脚33以及第四电源引脚34输入至外接设备。如此一来，实现终端设备可以为外接设备提供最多四路电压的目的。
可选的，上述各个实施例中，终端设备的处理器4还设置有用于检测供电模块1各供电端电流的检测端子，处理器4被配置为：在第一供电端11的电流大于预设阈值时，控制切换模块2，将各输出端中空闲的输出端与第一接收端21导通。
具体的，由于终端设备的USB Type-C接口3最大支持20V、5A的输出，USB Type-C接口3的各个电源引脚能够承受的电流值有限。因此，为保证电压的正常传输，处理器4根据切换模块2的各个接收端的电流值的大小，确定各个接收端导通的输出端的数量。本发明实施例中，终端设备可以输出1～4路电压，当终端设备输出的电压为1～3路时，若供电模块1的第一供电端11的电流大于预设阈值，则将与该第一供电端11连接的第一接收端21与多个输出端导通。也就是说，终端设备输出的电压为1～3路，对于电流比较大的供电端，该供电端可以与切换模块2的一个或多个接收端连接，当终端设备输出的电压为4路时，供电模块的每个供电端与切换模块2的一个接收端连接。例如，终端设备提供两路电压，该两路电压分别由第一供电端与第二供电端输出，第一供电端的电流为1A，第二供电端的电流为3A，则处理器4控制切换模块2的第一接收端21与第一输出端23导通，第一输出端23与USB Type-C接口3的第一电源引脚31(如A4端子)连接，处理器4控制切换模块2的第二接收端22与第二输出端24、第三输出端25、第四输出端26导通，第二输出端24与USB Type-C接口3的第二电源引脚32(如B4端子)连接，第三输出端25与USB Type-C接口3的第三电源引脚33(如A9端子)连接，第四输出端26与USB Type-C接口3的第四电源引脚34(如B9端子)连接。其中，当切换模块2的输出端与与USB Type-C接口3的电源引脚连接时，可以理解为从电源引脚引出Vbus，通过Vbus将切换模块2的输出端与与USB Type-C接口3的电源引脚连接。
需要说明的是，终端设备的切换模块2与外接设备的切换模块7的配置是相同的，即切换模块2与切换模块7均包含多个开关，而且，切换模块2包含的各个开关与终端设备的各个接收端及输出端的连接方式，与切换模块7包含的各个开关与外接设备的各个接收端及输出端的连接方式是相同的。下面，主要说明下终端设备的切换模块2，具体的，可参见图4，图4为本发明基于USB Type-C接口的供电系统中终端设备的切换模块的举例示意图。
请参照图4，切换模块2的每个接收端均可以与各个输出端导通或断开，每个输出端均可以与USB Type-C接口3的各个电源引脚导通或断开，处理器4通过控制切换模块2中的各个开关的状态，即可实现本发明技术方案。具体的，供电过程中，终端设备的处理器4与外接设备的处理器9进行握手通信，确定出电压电流需求，根据电压电流需求，终端设备和外接设备协商，根据协商的结构控制切换模块2的各个开关中，哪些需要导通，哪些需要断开，以及导通与断开的顺序等，从而控制切换模块2中第一接收端21、第二接收端22、第一输出端23、第二输出端24的导通状态。并且，终端设备还将协商的结果通过CC引脚发送给外接设备的处理器9，使得外接设备的处理器9根据该协商的结果，对切换模块7包含的各个进行控制，从而切换模块7中的第一接收端73、第二接收端74、第一输出端71、第二输出端72的导通状态。
可选的，上述各个实施例中，终端设备的处理器4还用于，在检测出第一供电端11的电流小于第一预设阈值、第二供电端12的电流大于第二预设阈值时，控制将与第一接收端21相连的第一输出端23与第一接收端21断开，并导通第一输出端23和第二接收端22。
具体的，终端设备的供电模块1的各个供电端的电流并不是一成不变的，而是随着时间或其他条件的变化而发生变化，此时，需要调整切换模块2的接收端与输出端的导通状态。例如，初始时，终端设备提供两路电压，该两路电压分别由第一供电端与第二供电端输出，第一供电端的电流为1A，第二供电端的电流为3A，则处理器4控制切换模块2的第一接收端21与第一输出端23导通，第一输出端23与USB Type-C接口3的第一电源引脚31(如A4端子)连接，处理器4控制切换模块2的第二接收端22与第二输出端24、第三输出端25、第四输出端26导通，第二输出端24与USB Type-C接口3的第二电源引脚32(如B4端子)连接，第三输出端25与USB Type-C接口3的第三电源引脚33(如A9端子)连接，第四输出端26与USB Type-C接口3的第四电源引脚34(如B9端子)连接。经过一段时间后，处理器4确定出第一供电端的电流为2A，第二供电端的电流为2A，则处理器控制切换模块2的第一接收端21与第一输出端23及第二输出端24导通，控制切换模块2的第二接收端22与第二输出端24断开，仅与第三输出端25以及第四输出端26导通。该过程中，为保证供电系统正常运行，先将电流值减少的供电端对应的接收端与输出端断开，再将电流值增加的供电端对应的接收端与该断开的输出端导通。
可选的，上述各个实施例中，供电需求还包括外接设备中USB Type-C接口8的电源引脚的上电顺序；处理器4还用于确定USB Type-C接口3的电源引脚的上电顺序，并根据上述上电顺序控制切换模块2中各接收端与各输出端的导通次序。
具体的，为保证外接设备各个受电模块的供电时序，终端设备的处理器根据上电顺序，依次将切换模块2的各接收端与各输出端导通，上电时间差可以与外接设备的处理器9协商得出。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于USB Type-C接口的终端设备，其特征在于，包括：
供电模块，设置有第一供电端和第二供电端；
切换模块，设置有与所述第一供电端相连的第一接收端、与所述第二供电端相连的第二接收端，第一输出端，第二输出端；
所述USB Type-C接口，设置有与所述第一输出端相连的第一电源引脚，与所述第二输出端相连的第二电源引脚，CC引脚；
处理器，被配置为通过所述CC引脚接收外接设备的供电需求，控制所述供电模块的第一供电端和第二供电端的输出，且控制所述切换模块中第一接收端、第二接收端、第一输出端、第二输出端的导通状态；
所述处理器还被配置为：
在检测出所述第一供电端的电流小于第一预设阈值、所述第二供电端的电流大于第二预设阈值时，控制将与所述第一接收端相连的第一输出端与第一接收端断开，并导通所述第一输出端和第所述二接收端；
其中，所述供电需求还包括外接设备的USB Type-C接口的电源引脚的上电顺序；
所述处理器还被配置为：
确定所述USB Type-C接口的所述第一电源引脚和所述第二电源引脚的上电顺序，并根据所述上电顺序控制所述切换模块中第一接收端、第二接收端、第一输出端、第二输出端的导通状态。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述供电需求至少包括两种两种电压电流需求。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述切换模块还设置有：
与所述USB Type-C接口的第三电源引脚相连的第三输出端、与所述USB Type-C接口的第四电源引脚相连的第四输出端。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，
所述供电模块还设置有第三供电端和第四供电端；
所述切换模块还设置有与所述第三供电端相连的第三接收端、与所述第四供电端相连的第四接收端；
所述处理器还用于根据所述供电需求，控制所述供电模块的第三供电端和第四供电端的输出，且控制所述切换模块中各接收端和各输出端的导通状态。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述USB Type-C接口为母头，端口表如下：
Figure FDA0003947224220000021
其中，至少包括四个电源引脚(上层的A4、A9与下层的B4、B9)、十二个差分端子(上层的A2、A3、A6、A7、A10、A11与下层的B2、B3、B6、B7、B10、B11)、四个接地端子(上层的A1、A12与下层的B1、B12)、两个选择端子(上层的A5与下层的B5)以及两个保留端子(上层的A8与下层的B8)上下两排端子定义刚好顺序相反。
6.一种基于USB Type-C接口的外接设备，其特征在于，包括：
第一受电模块，
第二受电模块，
第一切换模块，包括所述第一受电模块相连的第三输出端，与所述第二受电模块相连的第四输出端，第三接收端，第四接收端；
与所述第一切换模块相连的第一USB Type-C接口，包括与所述第三接收端相连的第三电源引脚，与所述第四接收端相连的第四电源引脚；第一CC引脚；
第二处理器，被配置为：根据所述第一受电模块和所述第二受电模块的电压电流需求，生成外接设备的供电需求，并通过所述第一CC引脚，发出所述外接设备的供电需求；
其中，所述供电需求还包括所述第一USB Type-C接口的所述第三电源引脚和所述第四电源引脚的上电顺序。
7.根据权利要求6所述的外接设备，其特征在于，
所述外接设备设置有第三受电模块和第四受电模块；
所述切换模块，还设置有与所述第三受电模块相连的第五输出端和与所述第四受电模块相连的第六输出端；
所述处理器具体用于根据所述第一受电模块、所述第二受电模块、所述第三受电模块、所述第四受电模块的电压电流需求，生成供电需求，并通过所述第一USB Type-C接口的CC引脚发出所述供电需求。
8.一种基于USB Type-C接口的供电系统，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的终端设备，以及如权利要求6～7任一项所述的外接设备。
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