CN1592938A - 信号传输用电缆、终端装置及使用信号传输用电缆的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

一种信号传输用电缆、终端装置及使用信号传输用电缆的数据传输方法，提供细径且高强度的高速差动信号用电缆，将四条绝缘包覆的绝缘电线(中心导体)打捆，并在其周围包覆金属网及绝缘皮构成四芯电缆，在该四芯电缆中，为了在电缆长度2.5m下满足衰减的限定值，将中心导线的导体尺寸减细，同时，将双纽线变更为四芯结构线，使其外径为3mm以下。

Description

信号传输用电缆、终端装置及使用信号传输用电缆的数据传输方法

技术领域

本发明涉及信号传输用电缆、终端装置及使用信号传输用电缆的数据传输方法，特别是涉及在为连接被称为IEEE1394的计算机和其周边设备间使用的高速串行接口中，不需要电力供给时使用的细径且具有高强度特性的高速差动信号用电缆的结构。

背景技术

在IEEE1394中，使用如图7所示的进行电力供给“IEEE1394-1995标准”及图8所示的不进行电力供给的“Standard for a High Performance SerialBus(Amendment1)(以下称为IEEE1394-1395标准的Amendment1))。以上这些假定IEEE1394的最大电缆长度为4.5m。

如图8所示，该Amendment1的电缆如下构成，将两条双纽线102进一步绞接，由绝缘带111包覆，然后，利用由金属网113构成的外部屏蔽体(114)包覆。然后，其外侧由绝缘皮115包覆。

在此，双纽线102具有如下结构，将七条中心导线104打捆形成中心导体，其次，将两条由绝缘材料107包覆所述中心导体形成的绝缘电线106绞接，然后，在其上包覆由金属带108及金属网109构成的外部屏蔽体110。

图7及图8显示上述结构，两者都同样地形成，如图7所示，在进行电力供给的“IEEE1394-1995标准”中，追加两条由绝缘材料107’包覆将七条其它中心导线104打捆形成的中心导体而成的绝缘电线106，与两条双纽线102绞接，然后由外部屏蔽体114覆盖。这样，除追加两条绝缘电线这一点及在绝缘带111外侧形成由金属带112和金属网113构成的外部绝缘体114外，不进行图8所示的电力供给的“IEEE1394a-1395标准的Amendment1”和进行电力供给的“IEEE1394-1995标准”同样地形成。

其中，如图8所示，在不进行电力供给的“IEEE1394a-1395标准的Amendment1”中，为进行最大电缆长度4.5m的传输，作为构成绝缘电线106的中心导线的铜线的导体尺寸推荐使用AWG30～AWG28，但是，实际使用的电缆长度大多为2.5m以下。

但是，作为决定电缆直径的主要因素是机械强度和衰减限定，但在单纯地缩小或减径各构成要素，将电缆直径减小时，不能得到充分的强度和信号传输性能。

但是，如果以2.5m以下的电缆长度作为前提，则在中心铜线导体尺寸AWG30～AWG28中，相对于衰减的限定值，安全系数增大。另外，该导体尺寸具有如下问题，当采用现有的双纽线结构时，形成电缆的成品外形太粗，达到4.8mm左右。

发明内容

本发明是鉴于所述问题而开发的，其目的在于，提供维系电特征同时细径且高强度的高速差动信号用电缆。

本发明具有如下特征，将由四条具有绝缘覆膜的中心导体构成的绝缘电线打捆，形成四芯结构，再由金属网及绝缘皮包覆构成的四芯结构线的周围形成四芯电缆，在该四芯电缆中，为满足电缆长度为2.5m时衰减的限定值，将构成四芯结构线的中心导体的导体尺寸例如自AWG30～AWG28减细至AWG36，同时，将双纽线变更为四芯结构线，使外径为3mm以下。

这样，在本发明中，使电缆长度为2.5m以下，同时，在该电缆长度的范围内调整中心导体和金属网进行控制，以满足机械强度与衰减量，从而即使大幅度缩小外径，也可确保和现行制品相同的宽频带性能。

也就是说，本发明的第一方面具有如下特征，形成外径为3mm以下的结构，其包括如下结构：四芯结构线，其将四条具有绝缘包覆的中心导体打捆，形成四芯结构；金属网，其包覆所述四芯结构线的周围；绝缘皮，其包覆所述金属网外侧。

根据这样的结构，可大幅度地减细电缆的成品外形。“IEEE1394a-1395标准的Amendment1”的信号线为进行最大电缆长度“4.5m”的传输，提出了中心铜线的推荐值。但是，由于实际中使用的电缆长度大多为“2.5m以下”，因此，该电缆长度在(2.5m以下)满足衰减的限定值。利用形成四芯结构与双纽线结构相比，可将其外径减细。但是，四芯结构具有串音特性恶化的问题。另外，由于细径化使中心导体的断面积减小，而具有机械强度劣化的问题。在此，四芯结构线的外侧通常由绝缘带固定，如有必要，由金属带保护其外侧，进一步在其外侧包覆金属网。

着眼于这一点，本发明的目的在于，将力集中在金属网上，以使四芯结构线不容易产生应力，且在满足串音特性的程度上将外径减细。

也就是说，在本发明中，调整四芯结构线及金属网，能够在良好地维系四芯结构的平衡的同时，满足串音特性，并且对外力的抵抗力强，且可最大限度减小整体外径。

但是，当减细金属网的导体尺寸时，产生机械破断力降低的缺点。IEEE1394中，在信号用电缆两端连接电连接器。该电连接器具有四极型和六极型两种，由这些电连接器卡紧信号用电缆时的机械破断力由“IEEE1394a-1395标准的Amendment1”规定。

该标准的四极型为49N，六极型为98N。

IEEE1394电连接器中，通常是在将信号用电缆的绝缘皮切断数cm，在将外部屏蔽的金属网向绝缘皮翻卷的位置将其夹紧，故力会首先施加在外部屏蔽金属网及绝缘皮上。当金属网及绝缘皮的机械破断力不超出限定值的机械破断力时，中心导体被拉伸，产生衰减恶化的问题。

由于绝缘外皮的机械破断力与外部屏蔽金属网的机械破断力相比，单位断面积仅为1/10以下，故这些规定的机械破断力必须由外部屏蔽金属网的机械破断力满足。

因此，例如，作为金属网的材料，可采用镀锡铜合金线或镀锡软铜线，可通过利用金属线来满足在信号用电缆上卡紧各电连接器时的机械破断力的限定值，其中，所述金属线是金属网的机械破断力为400MPa以上、导电率为50％以上最好是75％以上的镀锡铜合金线等。在此，导电率为镀锡后铜合金线的导电率。

另外，金属网的结构在相同条数、纱管数的情况下，当节距短时，金属网的导体电阻增高，信号用电缆的衰减恶化。另外，当金属网的金属线捻缩小时，拉伸应力施加在金属网上，可减轻对中心导体(束)的应力，因此，金属网最好形成角度为60°以上的节距。

理想的是，所述信号传输用电缆的长度为2.5m以下，电特性及连接部的破断强度满足IEEE1394a-1395标准的Amendment1。

这样，根据本发明的结构，通过将中心导体的导体尺寸减小，同时形成四芯结构，可满足“IEEE1394a-1395标准的Amendment1”的信号线标准，谋求电缆成品外形的细径化。这样，可实现曲率半径小，机械强度和操作性优良的电缆。

理想的是，所述金属网使用的金属线由铜合金构成。

根据这样的结构，导电率高，延伸率也足够小，拉力也不能将四芯结构线破坏。

理想的是，所述金属网使用的金属线的拉伸极限强度为400Mpa以上，导电率为50％以上。

根据这样的结构，可满足在信号用电缆上卡紧各电连接器时的机械极限强度的限定值。

理想的是，所述金属网使用的金属线的延伸率为10％以下。

根据这样的结构，由于使用延伸率为10％以下的金属线构成金属网，因此，即使受到拉伸力，四芯结构线也被金属网保护，不会受到破损。

理想的是，所述中心导线是外径0.2mm以下的铜线。

根据这样的结构，即使将四条在所述七条中心导线上覆盖绝缘包覆而成的中心导体形成四芯结构，也可以使其外径在3mm以下。

理想的是，所述金属网的编织角度为60度以上。

根据这样的结构，编织角度为60度以上时，由于在金属网上承受拉伸应力引起的应力，故可利用应力减小四芯结构线(或中心导线)的破损。

理想的是，绞接绝缘包覆的中心导体形成的四芯结构线的绞接节距为层心径的30倍以下。

根据这样的结构，形成四芯结构的四条中心导体的平衡被均一化，可提高串音特性。

理想的是，所述金属网的铰合节距为层心径的30倍以下。

根据这样的结构，可从提高导电率和对四芯结构线降低应力的两个面进行更合适的限定，可提供可靠性高的信号传输用电缆。

理想的是，所述中心导线利用和构成金属网的金属线的材质相同的材料构成。

根据这样的结构，由于热膨胀率相等，故不容易受到温度变化引起的应力影响，可提供可靠性更高的电缆。

理想的是，所述中心导线的延伸率为构成所述金属网的金属线的延伸率以上的延伸率。

根据这样的结构，通过拉伸金属网，构成四芯结构线的中心导体受到应力的现象减少。

理想的是，构成所述金属网的金属线的材质不超出所述中心导线的拉伸。

根据这样的结构，消除了中心导线被金属网拉伸破坏，产生断线这样的问题。

理想的是，调节所述金属网的绞接节距，使其不超过所述四芯结构线的拉伸。

根据这样的结构，可消除四芯结构线被金属网拉伸破断，产生断线这样的问题。

理想的是，所述金属网选择其材质、线径及绞接节距，以不超出所述四芯结构线的拉伸。

根据这样的结构，可消除中心导线被金属网拉伸破断，产生断线这样的问题。

理想的是，所述金属网由线径为0.04mm～0.12mm的铜合金线构成。

为维持所述拉伸，具有这样范围的线径是理想的。当外径比线径0.04mm小时，抗拉强度减小，金属网自身容易破坏，电阻值提高。另一方面，当构成金属网的含锡铜合金线等金属单丝的线径超出0.12mm时，外径变粗，柔软性恶化。

更理想的是，所述金属网由线径为0.05～0.08mm的铜合金线构成。

为维持所述拉伸，具有这样范围的线径更理想。

理想的是，所述金属网的绞接节距为构成四芯结构线的中心导体的绞接节距的0.1～0.8倍。

根据这样的结构，可消除四芯结构线被金属网拉伸破坏，产生断线这样的问题。另外，由于该金属网总体必须具有屏蔽导体的功能，因此，必须为低阻抗，为此必须是高导电率导体。因此，绞接节距必须增长四芯结构线的绞接节距的0.1倍以上，抑制扭纹率。

另外，为了降低衰减量，构成四芯结构线的中心导体四条绞接线的节距必须增长，并抑制捻缩，当金属网的编织节距超过四芯结构线的绞接节距的0.8倍时，四条绞接线的平衡容易破坏，阻抗、串音特性不稳定。另外，当使金属网的节距变长时，为减少捻缩，在中心导体上容易产生应力。

理想的是，所述信号传输用电缆的至少一端具有连接器，所述连接器的强度在四极结构中为49N以上，在六极结构中为98N以上。

根据这样的结构，可确保和使用现行制品的传输方法同等的宽带性能，可通过细径化、高机械强度、高弯曲性能，谋求占有面积的降低。

在本发明的第二方面中，在具有计算机终端和周边设备的计算机系统中，所述计算机终端和周边设备的接口或周边设备之间的接口由如下信号传输用电缆构成，该信号传输用电缆包括：四芯结构线，其将四条绝缘包覆的中心导体打捆构成；金属网，其包覆四芯结构线周围；绝缘皮，其覆盖金属网外侧，该信号传输用电缆外径为3mm以下。

在此，通常由绝缘带固定四芯结构线外侧，或由金属带保护四芯结构线外侧，其外侧由金属网包覆。

在本发明的第三方面中，将所述各项所述的信号用传输用电缆配置在计算机终端和周边设备之间或周边设备相互之间，在其间进行连接。

通过这样的传输方法，可确保和使用现行制品的传输方法相同的宽带性能，同时可通过细径化、高机械强度、高弯曲性，谋求占有面积的降低。

附图说明

图1是显示本发明第一实施例的信号传输用电缆的剖面说明图；

图2是显示本发明第一实施例的信号传输用电缆的金属网的说明图；

图3是显示本发明第一实施例的信号传输用电缆的剖面说明图；

图4是显示本发明第一实施例的信号传输用电缆使用例的说明图；

图5是显示用于测定本发明第一实施例的信号传输用电缆的抗拉强度的测定装置的图；

图6是显示本发明第二实施例的信号传输用电缆的剖面说明图；

图7是显示现有例的信号传输用电缆的剖面说明图；

图8是显示现有例的信号传输用电缆的剖面说明图。

在图中，1是信号传输用电缆；3是四芯结构线；4是中心导线；6是绝缘电线；7是绝缘材料；11是绝缘带；12是金属带；13是金属网；15是绝缘皮；41是计算机；42是第一终端；43是第二终端；44是第三终端；51是第一卡盘；52是第二卡盘；101是信号传输用电缆；102是双纽线；104是中心导线；106是绝缘电线；107是绝缘材料；108是金属带；109是金属网；110是双纽线的外部屏蔽体；111是绝缘带；112是金属带；113是金属网；114是外部屏蔽体；115是绝缘皮。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明实施例。

如图1所示，本发明第一实施例的信号传输用电缆1具有如下结构，将四条由绝缘包覆的中心导体构成的绝缘电线6绞合，构成四芯结构线3，并由绝缘带11或金属带包覆其外侧，然后，利用由金属网13构成的外部屏蔽体包覆，其外径为3mm以下。在此，中心导体为绞接七条中心导线4构成。然后，利用由氟树脂、聚乙烯、发泡聚乙烯构成的绝缘包覆层7包覆其外侧，构成绝缘电线6。该信号传输用电缆1电缆长2.5m，以满足衰减及机械强度的限定值的程度，使构成绝缘电线6的中心导体的导体直径减细为0.2mm以下，同时，将双纽线变更为四芯结构线3，形成外径为3mm以下。

也就是说，该信号传输用电缆具有如下结构，将七条利用由镀锡层包覆表面的线径0.047～0.064mm的单心铜线构成的中心导线4以绞接节距为1.5mm以上的节距绞接，利用由厚度0.13mm以下、水中静电容量150pF/m以下、电容率1.7～2.3的氟树脂、聚乙烯、发泡聚乙烯构成的绝缘包覆层7包覆中心导体，形成绝缘电线6，将四条该绝缘电线以四芯打捆，形成四芯结构线3。然后，由绝缘带11包覆该四芯结构线3的外侧，同时，由铜制金属网13包覆其外侧，该铜制金属网13不超出该四芯结构线3乃至中心导线4的拉伸，而后，由绝缘皮15包覆其外侧。

如图2的放大说明图所示，该金属网13具有如下结构，将线径0.047～0.06mm、拉伸率1％、破断力700Mpa、导电率75％的含锡铜合金线13S绞接，形成金属网。该金属网是将拥有条数Ta为五条、编织角度Ta为60～77度这样的组准备十六组(纱管数)，以4.8～10.3mm的节距编成的。

另外，如图3所示，该四芯结构线3以连接构成信号传输用电缆1的四芯结构线的各中心导体(绝缘电线6)中心的圆的直径即层心径R的30倍以下的节距构成。

作为包覆四芯结构线整体的绝缘皮15卷附在金属网13的周围，使用粘合厚度0.005mm～0.020mm的聚酯或铝构成的铝粘结聚酯带，重叠25-75％左右。

如图4所示，在室内，这样形成的信号传输用电缆1被用于计算机41和作为其周边终端的第一～第三终端42、43、44的连接。

该信号传输用电缆1具有如下优点，外径极细，为现有的30％以下，充分满足衰减等电特性，且电缆整体的机械可靠性高，特别是抗拉强度高。

采用长度2.5mm以下的电缆，可确保和现行制品相同的宽带性能。

另外，电缆的成品外径为3mm以下时，金属网+绝缘皮的机械破断力为100N以上。

每2.5mm的电缆的衰减量为400MHz，5.8dB以下。

另外，作为外皮的金属网13使用拉伸小，且抗拉强度大的材料即线径0.05mm的含锡铜合金线13S。因此，可降低对构成四芯结构线3及绝缘电线6的中心导体的应力，可提供虽然外径小、但机械强度高的信号传输用电缆。

为了降低衰减量，由构成四芯结构线3的四条绝缘包覆的中心导体构成的绝缘电线6的绞接节距必须增长，且必须加大捻缩。但是，当节距增长时，四条绞接线的绞接平衡容易破坏，串音特性不稳定。另外，当缩短金属网13的节距时，由于捻缩增大，在四芯结构线乃至中心导体上容易产生应力。

根据这样的结构，可消除由绝缘包覆的中心导体构成的绝缘电线6被金属网13的拉伸破坏，或产生断线这样的问题。

另外，由于金属网13以不超出构成绝缘电线6的中心导线4的延伸率的方式来调整其编织节距，故也不会产生中心导体被金属网拉伸破断，使中心导线4产生断线这样的问题。

并且，由于金属网13以不超出所述中心导线6的延伸率的方式来选择其材质、线径及绞接节距，故不会产生中心导线4被金属网13的拉伸破断，产生断线这样的问题。

另外，在所述第一实施例中，构成所述金属网的金属线使用了含锡铜合金线，但不限于此，也可以使用钢铜线等导电率高、拉伸破断力高的材料。

在所述实施例中，所述金属网采用线径0.05mm的含锡铜合金线13S，但线径值不限于此，线径可在0.04～0.12mm范围内适当地变更。当使用比线径0.04mm更小外径时，抗拉强度减小，金属网自身容易破损。另一方面，当构成金属网的含锡铜合金线13S等金属单丝的线径超过0.12mm时，具有成品外形变粗，柔软性劣化这样的问题。

理想的是，线径在0.05～0.08mm的范围。为维持所述延伸率，最好使用具有这样的范围的线径。

在这样的信号传输用电缆中使用的电连接器具有四极型和六极型两种，在由这些电连接器卡紧信号用电缆时，机械破断力由“IEEE1394a-1395标准的Amendment1”规定。

该标准的四极型为49N，六极型为98N。

在此的抗拉强度在图5中显示了测定方法，由第一卡盘51固定信号传输用电缆1的一端，同时，由第二卡盘52夹持另一端，通过测定以50mm/分的拉伸速度拉至将电缆拉断的强度来测定抗拉强度。在此，测定直到任意一条金属网被拉断时的值，将其作为抗拉强度。

IEEE1394电连接器通常将信号用电缆的绝缘皮切断数cm，在将外部屏蔽的金属网翻卷至绝缘皮的位置，将其夹紧，在外部屏蔽金属网及绝缘皮上加力。

在本发明实施例的信号传输用电缆中，当金属网及绝缘皮的机械破断力不超出限定值的机械破断力时，不会产生中心导体被拉伸，衰减恶化的问题，并且由于在该信号传输用电缆中使用金属网的机械破断力为400Mpa以上的铜合金线，故可满足在信号用电缆上卡紧各电连接器时的机械破断力的限定值。

其次，使各部件的大小，即四芯结构线的直径、四芯结构线的绞接节距、层心径、编织节距、编织角度变化，制造下表所示的试样1～4，测定电特性及机械破断力。

表1

	试样1	试样2	试样3	试样4
					中心导体(绝缘电线)的直径(mm)	0.37	0.35	0.32	0.36
绞接节距(mm)	13	10	12	10
					层心径(mm)	0.52	0.49	0.45	0.51
编织节距(mm)	4.8	10.3	10.3	6.9
					编织角度	60	76	77	66
衰  减  量(@400MHz)	4.8dB/2.5m	4.8dB/2.5m	5.3dB/2.5m	5.0dB/2.5m
					破断强度	100N以上	100N以上	100N以上	100N以上

所述试样1～4均满足电特性及机械强度，外径也在1.2mm～2mm之间，商品性极高。

另外，关于金属网的结构，不限于所述实施例，可适当的变形。金属网在相同拥有条数、纱管数的情况下，当缩短节距时，金属网的导体电阻增高，信号用电缆的衰减恶化。当金属网的金属线捻缩增大时，由于拉伸时的力容易施加在中心导体上，故捻缩越少越好，因此，节距必须使金属网的编织角度形成60度以上。

理想的是，所述金属网使用的金属线的拉伸破断力为700Mpa以上，导电率为75％，但是，拉伸破断力为400Mpa以上，导电率为50％以上也可以。

根据这样的结构，可满足当在信号用电缆上卡紧各电连接器时的机械破断力的限定值。

理想的是，所述金属网使用的金属线使用拉伸率为1％的金属线，但也可以使用拉伸率为10％以下的金属线。更加理想的是，若为6％以下，则即使受到拉伸力，四芯结构线也被金属网保护，不会产生破损。

另外，由于所述金属网是编织角度为60度以上的结构，比较难于拉伸，故可减少应力对中心导线的破损现象。

由于构成四芯结构的四条绝缘电线的绞接节距为层心径倍率的30倍以下，故可提高串音特性，可提供可靠性高的信号传输用电缆。

另外，在本发明的实施例中，中心导体由镀锡铜线构成，构成金属网的金属线是铜合金线，故热膨胀系数大致相等，不容易受温度变化产生的应力，可提供更高可靠性的电缆。

在此使用的中心导线，由于相对于拉伸力的延伸率为构成所述金属网的金属线的延伸率以上，故可减少因金属网的拉伸中心导线受到应力或产生断线的现象。

并且，所述金属网可以不超出所述四芯结构线的拉伸的方式调整其材质、线径及/或绞接节距。

根据这样的结构，可消除四芯结构线被金属网拉伸而破断，产生断线的问题。

其次，说明本发明第二实施例。

在该实施例中，如图6所示，使用金属带12代替包覆四芯结构线3的绝缘带11。

其它部分全部和所述第一实施例相同。

该金属带12由厚度0.015mm的贴铝聚酯带构成，和所述第一实施例的信号传输用电缆相同，具有细的外径且可良好地维持电特性及机械特性。

使用金属带的情况与使用绝缘带的情况相比，可谋求无用辐射(EMI：Electromagnetic Interference)杂波的降低。

如以上说明的，根据本发明信号传输用电缆，可提供细径且高强度高速差动信号用电缆，其具有：四芯结构线，其将绝缘包覆的四条绝缘电线打捆构成四芯结构；金属网，其包覆所述四芯结构线的周围；绝缘皮，其包覆上述结构的外侧，其中，所述信号传输用电缆外径为3mm以下，可在电缆长2.5m以下的范围控制调整中心导体和金属网，使其满足机械强度与衰减量，即使将外径大幅度缩小，也可确保和现行制品相同的宽带性能。

Claims (11)

1、一种信号传输用电缆，其特征在于，外径为3mm以下，其包括：四芯结构线，其将四条绝缘包覆的中心导体打捆，形成四芯结构；金属网，其包覆所述四芯结构线的周围；绝缘皮，其包覆所述金属网外侧。

2、如权利要求1所述的信号传输用电缆，其特征在于，所述信号传输用电缆的长度为2.5m以下，信号传输性能(Singnal Propagation Performance)及连接部的破断强度满足IEEE1394-1395标准的Amendmentl。

3、如权利要求1或2所述的信号传输用电缆，其特征在于，所述金属网使用的金属线的拉伸破断力为400Mpa以上，导电率为50％以上。

4、如权利要求1～3任一项所述的信号传输用电缆，其特征在于，所述金属网使用的金属线的延伸率为10％以下。

5、如权利要求1～4任一项所述的信号传输用电缆，其特征在于，构成所述金属网的金属线的编织角度为60度以上。

6、如权利要求1～4任一项所述的信号传输用电缆，其特征在于，绞接绝缘包覆的中心导体形成四芯结构线的绞接节距为层心径的30倍以下。

7、如权利要求1所述的信号传输用电缆，其特征在于，所述金属网不超出构成所述四芯结构线的中心导体的拉伸。

8、如权利要求6所述的信号传输用电缆，其特征在于，所述金属网由线径0.04～0.12mm的铜合金线构成。

9、如权利要求1～8任一项所述的信号传输用电缆，其特征在于，所述信号用传输电缆至少一端具有连接器，所述连接器的强度在四极结构中为49N以上，在六极结构中为98N以上。

10、一种终端装置，其特征在于，在包括计算机终端和周边设备的计算机系统中，所述计算机终端和周边设备的接口或周边设备相互之间的接口由权利要求1～9所述的信号传输用电缆构成。

11、一种数据传输方法，其特征在于，将权利要求1～9所述的信号传输用电缆配置在计算机终端和周边设备之间或周边设备相互之间，通过两条对角配置的中心导体差动传输。

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