CN1774165A - 电子控制装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及抑制电源线及信号线上感应的电波干扰用的电子控制装置。
背景技术
以往作为电子设备的抗干扰措施,经常采用在信号线与接地线和正负电源线之间插入电容器的方法。
以往的磁信号检测装置,例如在手机或无绳电话等移动通信装置所利用的磁信号检测装置中,对于用电阻桥构成的磁阻元件的输出信号,是将由第1运算放大器及第2运算放大器构成的差动型运算放大电路的同相输入端通过电容器接地,通过这样提高抗干扰性,防止误动作(例如,参照专利文献1)。
另外,以往的半导体集成电路装置是在电源输入端与接地布线之间,从干扰电平小的开始,依次配置电路模块,对各电路模块配置旁路电容器,从而电感分量减小,防止高频区域的阻抗上升,吸收电源干扰(例如参照专利文献2)。
[专利文献1]特开平11-202037号公报
[专利文献2]特平2002-043525号公报
在专利文献1的磁信号检测装置中,存在的问题是不能确定应插入的适当的电容器电容量,若电容量过大,则检测信号的响应性差,若电容量过小,则不能得到足够的抗干扰措施效果。
另外,在专利文献2的半导体集成电路装置中,还存在的问题是仅给出布线阻抗比电容器的内部寄生电感大很多的条件,而适当的旁路电容器的电容量不明确。
再有,作为电子设备对电波干扰的抗干扰性,与对于各种频带的接收电波的抗干扰性相比,对于靠近使用的手机、无线电收发报机等便携式无线设备的强发送电波的抗干扰性更是重要的课题,但专利文献1及专利文献2没有与该问题相对应的内容。
本发明是以解决上述问题作为课题,其目的在于提供一种模拟信号输入电路,该电路对于容易受电波干扰影响的模拟信号线,特别限定手机、无线电收发报机、汽车无线装置等便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz),能够廉价、有效地抑制干扰,同时对于便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)以外的微弱接收电波及由环境所发生的各种电磁干扰,保持有抗干扰性。
发明内容
本发明有关的电子控制装置,是由驱动电源供电、同时通过至少包含有电源线及信号线的线束与模拟传感器连接的电子控制装置,具有利用驱动电源的供电而生成稳压电源的稳压电源电路单元、与稳压电源电路单元连接的模拟信号输入电路单元、以及通过信号线从模拟传感器供给检测信号的变换处理电路单元,模拟信号输入电路单元具有插入稳压电源电路单元的电源线并通过电源线向模拟传感器供电的限流电路单元、插入与信号线连接的输入信号线与变换处理电路单元之间的积分电路单元、插入单元信号与积分电路单元之间的限流电阻、与电源线和稳压电源电路单元的接地线和输入信号线连接的信号干扰吸收电路、以及插入限流电路单元的输出端与接地线之间的第1旁路电容器,第一旁路电容器的电容量C1与寄生电感L1设定为
的范围。
根据本发明的电子控制装置,由于能够将靠近使用的手机、无线电收发报机等便携式无线设备的强发送电波在电源线或信号线上感应的电磁干扰经由旁路电容器向接地线泄放,因此能够抑制电磁干扰。
另外,由于向模拟传感器供电的电源线是从限流电路单元供电的,因此即使误将电源线接地时,稳压控制电路单元也不损坏,能够防止电子控制装置的异常动作。
另外,模拟信号线上发生的其它干扰,能够通过信号干扰吸收电路及积分电路单元除去,得到总体上安全、抗干扰性好的电子控制装置。
附图说明
图1所示为本发明实施形态1有关的电子控制装置及周边设备构成的方框图。
图2所示为本发明实施形态1的阻抗随频率变化的说明图。
图3所示为本发明实施形态2有关的电子控制装置及周边设备构成的方框图。
[标号说明]
1电子控制装置、3驱动电源、4模拟传感器、7电源一、8信号线、9稳压电源电路单元、11模拟信号输入电路单元、14变换处理电路单元、15限流电路单元、16输入信号一、17接地线、18电源线、19第1旁路电容器、20第2旁路电容器、22积分电路单元、23限流电阻、24积分电阻、26信号干扰吸收电路、27下拉电阻、31第3旁路电容器、32上拉电阻。
具体实施方式
以下,根据附图说明本发明的各实施形态,各图中对于同一或相当的构件及部位,附加同一标号进行说明。
实施形态1
图1所示为本发明实施形态1有关的电子控制装置及周边设备构成的方框图。
在图1中,在电子控制装置1的外部与通过电源开关2供给的驱动电源3及将检测信号向电子控制装置1传送的传感器4连接。
模拟传感器4具有检测元件即传感器元件5、以及将传感器元件5输出的信号放大的放大电路单元6。
这里,连接电子控制装置1及模拟传感器4的电源线及信号线8扎在同一线束(未图示)中。
模拟传感器4的电源从电子控制装置1通过电源线7供给,模拟传感器4的检测信号通过信号线8供给电子控制装置1。
另外,电子控制装置1具有从驱动电源3供电并向电路元件供给稳定电压的稳压电源电路单元9、与稳压电源电路单元9连接的模拟信号输入电路单元11、从模拟传感器4供给检测信号并具有AD变换器12及微处理器13的变换处理电路单元14。
图中,电子控制装置1与驱动电源3与模拟传感器4利用公共导电体接地。
稳压电源电路单元9通过电源开关2从驱动电源3供电,具有例如产生DC5V稳压电压的稳压电源电路10、以及在输出端与接地线17之间插入的较大电容量的滤波电容器33。
变换处理电路单元14具有将通过模拟信号输入电路单元11输入的模拟传感器4的检测信号作为数字信号输出的AD变换器、以及输入来自AD变换器12的数字信号并根据用途完成监视与控制功能的微处理器13。
另外,电路结构也可以使用比较规定的比较基准电压与检测信号电压的大小关系的模拟比较器,以代替AD变换器12,并将比较结果输入微处理器13。
模拟信号输入电路单元11具有限流电路单元15、输入信号线16、接地线17、电源线18、连接器21、第1旁路电容器19、第2旁路电容器20、限流电阻23、积分电路单元22、信号干扰吸收电路26、及下拉电阻27。
限流电路单元15设置在从稳压电源电路单元9到模拟传感器4的供电电路中,同时例如以运算放大器作为主体来构成,在电源线7对地短睡时,至少避免稳压电源电路单元9的损坏,不至于使整个电子控制装置1损坏或误动作。
与信号线8连接的输入信号线16、与稳压电源电路单元9的负端连接的接地线17、以及与稳压电源电路单元9的正端连接的电源线18都是在印制线路板的表面上利有导电图形构成。
连接器21设置在模拟信号输入电路单元11的端部,将电源线7及信号线7信号线8分别与电源线18及输入信号线16连接。
第1旁路电容器19插入在限流电路单元15的输出端与接地线17之间,电容量为C1(F),内部寄生电感量为L1(H)。
第2旁路电容器20插入在输入信号线16与接地线17之间,电容量为C2,内部寄生电感量L2。
L1旁路电容器19设置在连接器21一侧的附近位置,同时第2旁路电容器20设置在接近AD变换器12的位置,各电容器的电容量及内部寄生电感量设定为下式(4)及下式(5)所示的范围。
7×106<1/[2π(L1×C1)]<35×106…(4)
35×106<1/[2π(L2×C2)]ぁるぃは1/[2π(L2×C2)]<7×106…(5)
限流电阻23的一端与输入信号线16连接,另一端通过积分电路单元22与AD变换器12的模拟输入端连接,具有电阻值R1,限制电流,使得回流的干扰电流不过大。
另外,低通滤波器即积分电路单元22插入在限流电阻23与AD变换器12的模拟输入端之间,由电阻值为R2的积分电阻24、以及插入在积分电阻24与接地线17之间的积分电容器25构成,从含有高频干扰的检测信号中取出稳定的信号。
这里,由限流电阻23与积分电阻24构成合成电阻,限流电阻23的电阻值R1与积分电阻24的电阻值R2的合成电阻值R0(=R1+R2)与便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)中的第2旁路电容器20的阻抗相比,采用足够大的值。
信号干扰吸收电路26插入在输入信号线16与电源线18与接地线17之间,具有插入在接地线17与输入信号线16之间的负侧二极管28、以及插入在输入信号线16与电源线18之间的正侧二极管29。
这里,负侧二极管28是在输入信号线16上混入过大的负极性干扰电压时起作用,从接地线17向限流电阻23与积分电阻24的连接点的方向使干扰电流产生回流,使得负电压不加在积分电路单元22上。
另外,正侧二极管29是在输入信号线16上混入过入的正极性干扰电压时起作用,从限流电阻23与积分电阻24的连接点向电源线18的方向使干扰电流产生回流,使得电源电压以上的正电压不加在积分电路单元22上。
另外,在模拟传感器4发生正及负的检测信号、稳压电源电路单元9通过正的电源线18及负的电源线(未图示)向模拟传感器4供给稳定电压的情况下,与接地线17连接的负侧二极管28的阳极端与负的电源线连接。
插入在输入信号线16与接地线17之间的下拉电阻27是为了在连接器21的连接引脚有接触不良情况时,使检测信号的输入电平移位至接地线17,进行失效保护。
另外,也有的情况是向电源线18进行上拉,或向负的电源线进行下拉,通过这样进行失效保护。
另外,也可以同时设置下拉电阻27及上拉电阻32。
无论什么情况,失效保护用的下拉电阻27及上抗电阻32与限流电阻23的电阻值R1与积分电阻24的电阻值R2的合成电阻值R0(=R1+R2)相比,设定为足够大的值。
以下说明上述构成的电子控制装置1的动作。
若电源开关2闭合,则稳压电源电路单元9对电子控制装置1内的电路元件供稳定电压,同时从限流电路单元15通过电源线7向模拟传感器4供给电源。
从模拟传感器4输出的检测信号通过信号线8及输入信号线16向变换处理电路单元14传送。
AD变换器12将来自模拟传感器4的检测信号变换为数字值,向微处理器13输出。微处理器13读入变换为数据值的数值,同时读入其它的模拟信号及数字信号,根据用途对输出设备等(未图示)进行控制。
这里电源线7上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)的干扰,由于第1旁路电容器19的电容量C1及内部的寄生电感量L1设定为对于该频带的干扰其阻抗为最小,因此能够使干扰电流向接地线17泄放。
另外,信号线8上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)以外的干扰,由于第2旁路电容器20的电容量C2及内部的寄生电感量L2设定为对于该频带的干扰其阻抗为最小,因此能够使干扰电流向接地线17泄放。
另外,便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)中的第2旁路电容器20的阻抗与插入第2旁路电容器20和积分电路单元22中设置的积分电容器25之间的、限流电阻23的电阻值R1和积分电阻24的电阻值R2的合成电阻值R0(=R1+R2)相比,由于达到能够忽略程度那样小的数值,因此能够抑制该频带的干扰电流,同时能够对该频带以外的微弱电波抑制侵入的干扰电压。
另外,与便携式无线设备发生的发送波无关的其它干扰,利用信号干扰吸收电路26中设置的负侧二极管28及正侧二极管29使干扰电流形成回流。
另外,含有高频干扰的检测信号通过低通滤波器、即积分电路单元22,以稳定的信号输出。
另外,根据控制内容,也有的情况不使用微处理器13。
即也可以是,变换处理电路单元14使用比较电路,以代替AD变换器12,处理电路单元使用记忆比较输出动作用的触发电路,以代替微处理器13,传感器元件,若氧浓度小于等于规定值,则比较电路动作,触发电路记忆该动作,驱动报警显示输出。
这时,即使因干扰而产生暂时性的误动作,但由于触发电路记忆保存该误动作,因此特别重视输入信号电路的抗干扰性。
图2所示为本发明实施形态1的阻抗随频率而变化的说明图。
在图2中,横轴为电磁干扰的频率f(MHz),纵轴为表示第1旁路电容器19的阻抗Z1=j(ωL1-1/ωC1)随频率f=ω/2π(MHz)的变化而如何变动的变动系数K。
另外,实线表示的曲线所示为阻抗Z1的谐振频率为便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)的面积平均、即变动系数K为最小值的
时的变动系数K1。
另外,虚线表示的曲线所示为阻抗Z1的谐振频率为f0=7(MHz)时的变动系统K2,点划线表示的曲线所示为阻抗Z1的谐振频率f0=35(MHz)时的变动系数K3。
另外,设谐振频率为f0(MHz),谐振角频率为ω0(rad/sec),则这时阻抗Z1的绝对值|Z1|用下式(6)表示。
|Z1|=|(ω/ω0)-(ω0/ω)|/(ω0C)…(6)
式是,ω0=2πf0=1/(L1×C1)
另外,图2的纵轴即变动系数K用下式(7)表示
K=|(ω/ω0)-(ω0/ω)|=|(f/f0)-(f0/f)|…(7)
频率为(7MHz~35MHz)时的变动系数K2及K3的最大值为4.8,变动系数K1的最大值为1.8。
这里,在设第1旁路电容器19的电容量为C1=0.01(μF)时,1/ω0×C1的值在频率f0(MHz)是(7MHz~35MHz)时为1/[2π(7~35)×106×0.01×10-6]=2.27~0.45(Ω),即使将它乘以变动系数K的最大值4.8,也是小于等于10.9(Ω)的电阻值,能得到作为电路规格没有问题的、足够低的电阻值。
另外,在设第1旁路电容器19的电容量为C1=0.1(μF)时,1/ω0×C1的值为0.227~0/0.045(Ω),即使将它乘以变动系数K的最大值4.8,也成为小于等于1.09(Ω)的电阻值,能得到更加足够低的电阻值。
另外,关于第2旁路电容器20也同样,与限流电阻23的电阻值R1和积分电阻24的电阻值R2的合成电阻值R0(=R1+R2)比较,能够得到足够低的电阻低。
这样,即使是小型、廉价的小电容量的电容器,但通过使用对作为对象的干扰频率进行谐振的电容器,在便携式无线设备发生的发送波频率(7MHz~35MHz)中,也能够确保足够小的阻抗。
特别是第1旁路电容器19是片状陶瓷电容器时,由于利用内部的寄生电感量能够得到对便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)进行谐振的元件,因此能够以小型而且廉价地安装在电子基板上。
根据本发明实施形态1有关的电子控制装置1,电源线7上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)的干扰,由于第1旁路电容器19的电容量C1及内部的寄生电感量L1设定为对于该频带的干扰其阻抗为最小,因此能够使干扰电流向接地线17泄放,抑制电磁干扰。
另外,信号线8上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)以外的干扰,由于第2旁路电容器20的电容量C2及内部的寄生电感量L2设定为对于该频带的干扰其阻抗为最小,因此能够使干扰电流向接地线17泄放,抑制电磁干扰。
另外,便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)中的第2旁路电容器20的阻抗与插入第2旁路电容器20和积分电路单元22中设置的积分电容器25之间的、限流电阻23的电阻值R1和积分电阻24的电阻值R2的合成电阻值R0(=R1+R2)相比,达到能够忽略程度那样小的数值。
因而,输入信号线16能够抑制便携式无线设备的发送频带中流入的干扰电流,同时对于该频带以外的微弱电波能够抑制侵入的干扰电压。
另外,第1旁路电容器19使用电容量为0.1(μF)~0.0 1(μF)的片状陶瓷电容器。
因而其特征是不需要附加电感元件,使用小型而且廉价的片状陶瓷电容器,能够抑制因便携式无线设备发生的发送波而在信号线8上感应的电磁干扰。
另外,由于向模拟传感器4供电的电源线7是从限流电路单元15供电的,因此即使是将电源线7接地时,稳压控制电路单元也不损坏,能够防止电子控制装置1的异常动作。
另外,模拟信号8上发生的其它干扰,能够通过信号干扰吸收电路26及积分电路单元22除去,得到总体上安全、抗干扰性好的电子控制装置1。
另外,通过设置下拉电阻27或上拉电阻32,在连接器21的连接引脚引起接触不良等情况下,由于也能够使检测信号的输入电平移位至接地线17或电源线18,进行失效保护,因此能够使电路稳定。
实施形态2
图3所示为本发明实施形态2有关的电子控制装置1A及周边设备构成的方框图。图中,对于与实施形态1同类的环节在同一标号后附加“A”,而详细叙述省略。
在图3中,汽车用发动机控制装置即电子控制装置1A由车载电池即驱动电源3通过电源开关2供电。
另外,模拟传感器4具有测定进气管内的气压的压力传感器即传感器元件5及放大电路单元6。
这里,第1旁路电容器19是电容量为0.1(μF)~0.01(μF)的片状陶瓷电容器,第2旁路电容器20是500(pF)~5000(pF)的片状陶瓷电容器。
模拟传感器4的电源从电子控制装置1A通过电源线7及接地线30供给,模拟传感器4的检测信号通过信号线8及输入信号线16向电子控制装置1A传送。
这里,连接电子控制装置1A及模拟传感器4的电源线7、信号线8及接地线30扎在同一个线束(未图示)中。
另外,电子控制装置1A与驱动电源3与模拟传感器4利用公共导电体(车体)接地。
这里,第1旁路电容器19内装在连接器21内的线束一侧,第1旁路电容器1 9的电容量及内部的寄生电感量设定为与实施形态1同样的范围。
第2旁路电容器20插入在输入信号线16与接地线17之间,电容量为C2,内部的寄生电感量为L2,电容量C2及内部的寄生电感量L2设定为与实施形态1同样的范围。
第3旁路电容器31与第2旁路电容器20并联连接,电容量为C3,内部的寄生电感量L3,是根据需要而附加的电容器。
这里,第2旁路电容器20及第3旁路电容器31设置在接近AD变换器12的位置,各电容器的电容量及内部的寄生电感量设定为用下式(8)表示的范围。
7×106<1/[2π{(L2+L3)×(C2×C3)/(C2+C3)}]<35×106…(8)
这里,式(8)是将第2旁路电容器20的阻抗Z2(=j(ωL2-1/(ωC2)))与第3旁路电容器31的阻抗Z3(=j(ωL3-1/(ωC3)))的合成阻抗Z(=Z2×Z3/(Z2+Z3))中、设Z式的分母(Z2+Z3)的值为0、合成阻抗Z的值为无限大的并联谐振频率f0(MHz)的范围设定为便携式无线设备发生的发送波频率(7MHz~35MHz)的范围。
另外,谐振频率F0(MHz)及谐振角频率ω0=2πf0(rad/sec)可用下式(9)计算。
(ω0L2-1/ω0C2)+(ω0L3-1/ω0C3)=0
∴ω0(L2+L3)=1/ω0C2+1/ω0C3
∴ω02(L2+L3)C2×C3=C2+C3
∴f0=ω0/2π=1/[2π{(L2+L3)×(C2×C3)/(C2+C3)})]…(9)
另外,上拉电阻32是插入在输入信号线16与电源线18之间的电阻,上拉电阻32是为了在连接器2 1的连接引脚有接触不良时,使检测信号的输入电平偏移至最大电压,进行失效保护。
以下,说明上述构成的电子控制装置1A的动作。
这里电源线7上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)的干扰,由于第1旁路电容器19的电容量C1及内部的寄生电感量L1设定为对于该频带的干扰其阻抗为最小,因此能够使干扰电流向接地线17泄放。
另外,信号线8上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)以外的干扰,由于第2旁路电容器20的电容量C2及内部的寄生电感量L2设定为对于该频带的干扰其阻抗为最小,因此能够使干扰电流向接地线17泄放。
另外,信号线8上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)的干扰,由于第2旁路电容器20及第3旁路电容器31设定为对于该频带的干扰成为最大阻抗,因此对于输入信号线16最难侵入。
根据本发明实施形态2有关的电子控制装置1A,信号线8上感应的便携式无线设备发生的发送波频带(7MHz~35MHz)的干扰,由于第2旁路电容器20及和第3旁路电容器31的电容量及内部的寄生电感量设定为对于该频带的干扰形成并联谐振状态,即形成阻抗为最大,因此能够最大抑制信号线8上感应并侵入输入信号线16的干扰电流。
另外,对于其它频带的微弱电波还能够抑制侵入的干扰电压。
另外,由于第1旁路电容器19设置在线束一侧的连接器21内,因此即使连接器21的连接引脚产生接触不良等情况,干扰电流也通过第1旁路电容器19,抑制对信号线8产生的感应电压。
所以,能够防止干扰混入信号线8而使电子装置1A产生异常的误动作。
再有,它具有的特征是,由于电路的谐振频率由第1旁路电容器19和32的电容量C1和C2及寄生电感量L1和L2来决定,因此能够不取决于电子控制装置1A内的布线图形来决定。
另外,第1旁路电容器19是电容量为0.1(μF)~0.01(μF)的片状陶瓷电容器,第2旁路电容器20采用500(pF)~5000(pF)的片状陶瓷电容器。因此,在即使干扰误动作一过发动机也发生停止而处于不能自己恢复的状态的燃料喷射控制及点火控制中,也由于不另外附加电感元件,利用小型而且廉价的片状陶瓷电容器,能够抑制因便携式无线设备发生的发送波而在信号线8上感应的电磁干扰,因此能够明显提高抗干扰性。
另外,具有的是,对于更高频带的微弱电波,能够抑制侵入的干扰电压,能够预先防止运转中的发动机突然停止那样的故障。
Claims (7)
1.一种电子控制装置,由驱动电源供电、同时通过至少包含有电源线及信号线的线束与模拟传感器连接其特征在于,包括
利用所述驱动电源的供电而生成稳压电源的稳压电源电路单元、
与所述稳压电源电路单元连接的模拟信号输入电路单元、以及
通过所述信号线从所述模拟传感器供给检测信号的变换处理电路单元,
所述模拟信号输入电路单元具有
插入所述稳压电源电路单元的电源线并通过所述电源线向所述模拟传感器供电的限流电路单元、
插入与所述信号线连接的输入信号线与所述变换处理电路单元之间的积分电路单元、
插入所述输入信号线与所述积分电路单元之间的限流电阻、
与所述电源线及所述稳压电源电路单元的接地线及所述输入信号线连接的信号干扰吸收电路、以及
插入所述限制电路单元的输出端与所述接地线之间的第1旁路电容器,
所述第1旁路电容器的电容量C1及寄生电感量L1设定为下式(1)
7×106<1/[2π(L1×C1)]<35×106…(1)的范围。
2.如权利要求1所述的电子控制装置,其特征在于,
所述输入信号线通过上拉电阻与所述稳压电源电路单元的所述电源线连接。
3.如权利要求1所述的电子控制装置,其特征在于,
所述输入信号线通过下拉电阻与所述稳压电源电路单元的所述接地线连接。
4.如权利要求1所述的电子控制装置,其特征在于,
所述模拟信号输入单元,还具有插入所述输入信号线与所述接地线之间的第2旁路电容器,所述第2旁路电容器的电容量C2及寄生电感量L2设定为下式(2)
35×106<1/[2π(L2×C2)]あるいは1/[2π(L2×C2)]<7×106…(2)的范围,同时
所述第2旁路电容器在7MHz~35MHz的频带中的阻抗,与所述积分电路单元中设置的积分电阻与所述限流电阻的合成阻抗相比,是非常低的值。
5.如权利要求4所述的电子控制装置,其特征在于,
所述模拟信号输入单元,还具有插入所述输入信号线与所述接地线之间的第3旁路电容器,所述第2旁路电容器的电容量C2及寄生电感量L2和所述第3旁路电容器的电容量C3及寄生电感量L3设定为下式(3)
7×106<1/[2π{(L2+L3)×(C2×C3)/(C2+C3)}]<35×106…(3)的范围。
6.如权利要求1至5的任一项所述的电子控制装置,其特征在于,
所述第1旁路电容器是电容量为0.1(μF)~0.01(μF)的片状陶瓷电容器。
7.如权利要求6所述的电子控制装置,其特征在于,
所述第2旁路电容器是电容量为500(pF)~5000(pF)的片状陶瓷电容器。
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