CN204304536U - 移动电子设备及快速充电外围分立电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种移动电子设备及快速充电外围分立电路，该移动电子设备适用于快速充电管理，包括：快速充电外围分立电路、微控制器以及USB接口，快速充电外围分立电路电连接微控制器和USB接口，其中，快速充电外围分立电路包括USB负极分立电路和USB正极分立电路；负极分立电路电连接USB接口的D-管脚及微控制器，以供微控制器通过其接口来控制USB接口的D-管脚的电压以及检测USB接口是否插入符合要求的充电设备；正极分立电路电连接USB接口的D+管脚及微控制器，以供微控制器通过其接口来控制USB接口的D+管脚的电压。本实用新型能够简单、低成本地实现主控端的QC2.0功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及移动电子设备及快速充电外围分立电路。
背景技术
当前，高通公司的快速充电2.0版标准(Quick Charge 2.0，简称QC2.0)的快速充电方式开始极大普及到各种如手机、平板电脑等移动电子设备上。而实现QC2.0标准主要是利用高通公司的电源管理芯片或充电管理芯片的内部电路及算法控制来实现的。
请参见图1，图1为现有的高通电源管理芯片的电路结构示意图。图中的PMI8994的内部就有支持QC2.0的协议的电路及控制逻辑。PMI8994就是简单通过USB_DM和USB_DP分别连接到USB接口的D-和D+管脚，进而检测和控制外部插入的支持QC2.0的充电器来请求充电器对手机等移动电子设备的高压快充。
然而，对于非高通平台的手机或平板电脑如果要支持QC2.0，目前可行的方案是使用高通的充电芯片，这势必会给这些手机或平板电脑设计带来系统的不灵活性或成本的提高等缺点。而对于需要使用QC2.0标准来快速充电的移动电源，目前也没有价格合理和功能合适的集成芯片应用到移动电源电路系统中来实现QC2.0的快充管理，所以目前的移动电源方案对移动电源设计也会带来实现困难及成本高企的缺点。
实用新型内容
本实用新型提出一种移动电子设备，其可适用于快速充电管理。
本实用新型还提出一种快速充电外围分立电路，其可适用于移动电 子设备的充电管理。
具体地，本实用新型提出的一种移动电子设备，适用于快速充电管理，包括：快速充电外围分立电路、微控制器、以及USB接口，所述快速充电外围分立电路电连接所述微控制器和所述USB接口；其中，所述快速充电外围分立电路包括负极分立电路和正极分立电路；所述负极分立电路电连接所述USB接口的D-管脚及所述微控制器，以供所述微控制器通过其接口控制所述USB接口的D-管脚的电压以及检测所述USB接口是否插入符合要求的充电设备；以及所述正极分立电路电连接所述USB接口的D+管脚及所述微控制器，以供所述微控制器通过其接口控制所述USB接口的D+管脚的电压。
在本实用新型的一实施例中，所述负极分立电路包括：第一电阻、第二电阻、第一开关模块及选择模块，所述第一电阻、第二电阻和第一开关模块依序串接在所述微控制器的第一接口与第一接地端之间，且所述第一电阻和第二电阻之间的串节点电连接至所述选择模块的输入端和所述USB接口的D-管脚及所述微控制器，所述选择模块的输出端电连接至所述微控制器的第二接口，所述第一开关模块的控制端电连接至所述微控制器的第三接口。
在本实用新型的一实施例中，所述第一开关模块包括：第一晶体管和第五电阻，所述第一晶体管的控制端与所述第五电阻之间的串节点电连接至所述微控制器的第三接口，所述第一晶体管的输出端与所述第五电阻之间的串节点电连接至所述第一接地端，以及所述第一晶体管的输入端电连接至所述第二电阻。
在本实用新型的一实施例中，所述第一开关模块为模拟开关、晶体管或者三极管；若为模拟开关或晶体管，则所述模拟开关或晶体管的控制端电连接至所述微控制器的第三接口，且传输端电连接所述第二电阻和所述第一接地端；若为三极管，则所述三极管的基极电连接至所述微 控制器的第三接口，且集电极和发射极分别电连接至所述第二电阻和所述第一接地端。
在本实用新型的一实施例中，所述正极分立电路包括：第三电阻、第四电阻和第二开关模块，所述第三电阻、第四电阻和第二开关模块依序串接在所述微控制器的第五接口与第二接地端之间，且所述第三电阻和第四电阻之间的串节点电连接至所述USB接口的D+管脚及所述微控制器，所述第二开关模块的控制端电连接至所述微控制器的第四接口。
在本实用新型的一实施例中，所述第二开关模块包括：第二晶体管和第六电阻，所述第二晶体管的控制端与所述第六电阻之间的串节点电连接至所述微控制器的第四接口，所述第二晶体管的输出端与所述第六电阻之间的串节点电连接至所述第二接地端，以及所述第二晶体管的输入端电连接至所述第四电阻。
在本实用新型的一实施例中，所述第二开关模块为模拟开关、晶体管或者三极管；若为模拟开关或晶体管，则所述模拟开关或晶体管的控制端电连接至所述微控制器的第四接口，且传输端电连接所述第四电阻和所述第二接地端；若为三极管，则所述三极管的基极电连接至所述微控制器的第四接口，且集电极和发射极分别电连接至所述第四电阻和所述第二接地端。
在本实用新型的一实施例中，所述微控制器的第一接口、第二接口、第三接口、第四接口和第五接口为通用目的输入输出口GPIO，且均可输入或输出高电平、低电平及高阻态。
此外，本实用新型提出的一种快速充电外围分立电路，适用于移动电子设备的充电管理，其中，包括：负极分立电路和正极分立电路；所述负极分立电路电连接USB接口的D-管脚及微控制器，以供所述微控制器通过其接口控制所述USB接口的D-管脚的电压以及检测所述USB接口是否插入符合要求的充电设备；以及所述正极分立电路电连接所述 USB接口的D+管脚及所述微控制器，以供所述微控制器通过其接口控制所述USB接口的D+管脚的电压。
在本实用新型的一实施例中，所述负极分立电路包括：第一电阻、第二电阻、第一开关模块及选择模块，所述第一电阻、第二电阻和第一开关模块依序串接在所述微控制器的第一接口与第一接地端之间，且所述第一电阻和第二电阻之间的串节点电连接至所述选择模块的输入端和所述USB接口的D-管脚及所述微控制器，所述选择模块的输出端电连接至所述微控制器的第二接口，所述第一开关模块的控制端电连接至所述微控制器的第三接口；所述正极分立电路包括：第三电阻、第四电阻和第二开关模块，所述第三电阻、第四电阻和第二开关模块依序串接在所述微控制器的第五接口与第二接地端之间，且所述第三电阻和第四电阻之间的串节点电连接至所述USB接口的D+管脚及所述微控制器，所述第二开关模块的控制端电连接至所述微控制器的第四接口。
在本实用新型的移动电子设备及快速充电外围分立电路中，其主要是利用四个电阻、两个开关模块及一个选择模块实现快速充电的管理功能，因此能够简单、低成本、快速地为所有不支持QC2.0功能的充电芯片或充电管理电路增加QC2.0快充管理能力。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有的高通电源管理芯片的电路结构示意图。
图2为本实用新型的移动电子设备的电路结构示意图。
图3为本实用新型的快速充电外围分立电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。
图2为本实用新型的移动电子设备的电路结构示意图。请参见图2，本实用新型提供了一种移动电子设备20，适用于快速充电管理，包括：快速充电外围分立电路21、微控制器23、以及USB接口25，所述快速充电外围分立电路21电连接所述微控制器23和所述USB接口25；其中，所述快速充电外围分立电路21包括负极分立电路211和正极分立电路213；所述负极分立电路211电连接所述USB接口25的D-管脚及所述微控制器23，以供所述微控制器23通过其接口控制所述USB接口25的D-管脚的电压以及检测所述USB接口25是否插入符合要求的充电设备；以及所述正极分立电路213电连接所述USB接口25的D+管脚及所述微控制器23，以供所述微控制器23通过其接口控制所述USB接口25的D+管脚的电压。具体地：
所述负极分立电路211包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一开关模块2111及选择模块U1，所述第一电阻R1、第二电阻R2和第一开关模块2111依序串接在所述微控制器23的第一接口CHG_QC_DM与第一接地端GND1之间，且所述第一电阻R1和第二电阻R2之间的串节点电连接至所述选择模块U1的输入端和所述USB接口25的D-管脚及所述微控制器23，所述选择模块U1的输出端电连接至所述微控制器23的第二接口DM_O，所述第一开关模块2111的控制端电连接至所述微控制器23的第三接口QC_EN_DM。
所述正极分立电路213包括：第三电阻R3、第四电阻R4和第二开关模块2131，所述第三电阻R3、第四电阻R4和第二开关模块2131依 序串接在所述微控制器23的第五接口CHG_QC_DP与第二接地端GND2之间，且所述第三电阻R3和第四电阻R4之间的串节点电连接至所述USB接口25的D+管脚及所述微控制器23，所述第二开关模块2131的控制端电连接至所述微控制器23的第四接口QC_EN_DP。
进一步，所述第一开关模块2111可以是模拟开关、晶体管(如NMOS)、三极管(如NPN三极管)或者具有开关功能的电路。当第一开关模块2111为模拟开关、晶体管或者三极管时；即若为模拟开关或晶体管，则所述模拟开关或晶体管的控制端电连接至所述微控制器23的第三接口QC_EN_DM，且传输端电连接所述第二电阻R2和所述第一接地端GND1；若为三极管，则所述三极管的基极电连接至所述微控制器23的第三接口QC_EN_DM，且集电极和发射极分别电连接至所述第二电阻R2和所述第一接地端GND1；若为具有开关功能的电路，则例如第一开关模块2111可以包括：第一晶体管Q1和第五电阻R5，所述第一晶体管Q1的控制端与所述第五电阻R5之间的串节点电连接至所述微控制器23的第三接口QC_EN_DM，所述第一晶体管Q1的输出端与所述第五电阻R5之间的串节点电连接至所述第一接地端GND1，以及所述第一晶体管Q1的输入端电连接至所述第二电阻R2。
进一步，所述第二开关模块2131可以是模拟开关、晶体管(如NMOS)、三极管(如NPN三极管)或者具有开关功能的电路。当第二开关模块2131为模拟开关、晶体管或者三极管；即若为模拟开关或晶体管，则所述模拟开关或晶体管的控制端电连接至所述微控制器23的第四接口QC_EN_DP，且传输端电连接所述第四电阻R4和所述第二接地端GND2；若为三极管，则所述三极管的基极电连接至所述微控制器23的第四接口QC_EN_DP，且集电极和发射极分别电连接至所述第四电阻R4和所述第二接地端GND2；若为具有开关功能的电路，则例如第二开关模块2131可以包括：第二晶体管Q2和第六电阻R6，所述第二 晶体管Q2的控制端与所述第六电阻R6之间的串节点电连接至所述微控制器23的第四接口QC_EN_DP，所述第二晶体管Q2的输出端与所述第六电阻R6之间的串节点电连接至所述第二接地端GND2，以及所述第二晶体管Q2的输入端电连接至所述第四电阻R4。
进一步，所述选择模块U1可以是其它可实现电压比较的分立元件如电压选择器或某一芯片内部电路。其中，所述选择模块U1的另一个输入端设置有基准电压，用于与所述第一电阻R1和第二电阻R2之间的串节点输入的电压进行比较，以使所述选择模块U1将比较结果发送至所述微控制器23的第二接口DM_O。
进一步，所述微控制器23为处理器或者单片机。且所述微控制器23的第一接口CHG_QC_DM、第二接口DM_O、第三接口QC_EN_DM、第四接口QC_EN_DP和第五接口CHG_QC_DP为通用目的输入输出口(General Purpose Input Output，简称GPIO)，且均可输入或输出高电平、低电平及高阻态。这些接口可以通过软件控制实现高、低电平及高阻态的逻辑电路实现,或其中的第一接口CHG_QC_DM和第五接口CHG_QC_DP可用移动电子设备的电源管理芯片中多余的两个LDO来实现(此两个LDO要求输出电压都在3.3V左右，并且输出可禁能(Disable))。USB接口25例如为微型USB接口，但不以此为限。
本实用新型的核心思想是巧妙利用GPIO的不同状态，分压电阻网络及开关模块来实现USB的D+/D-线上不同电压的组合。图3为本实用新型的快速充电外围分立电路的电路结构示意图。下面结合图2和图3，对本实用新型的具体工作原理进行详细说明。
图3中的DM_IN和DP_IN两点会连接到USB接口对应的D-和D+管脚上，同时DM_IN和DP_IN也会连接到移动电子设备中的支持电池充电规范1.2版(简称BC1.2)检测的芯片的对应D-和D+管脚。
GPIOs：CHG_QC_DM、CHG_QC_DP、QC_EN_DM、QC_EN_DP 和DM_O都来自移动电子设备的微控制器(如应用处理器或单片机)的GPIO接口。
R1和R2，R3和R4可以把GPIO输出的高电平(3.3V)分别分压到0.6V，R5和R6用来确保开关模块Q1和Q2的控制端在没有被驱动时保持低电平状态。
Q1和Q2可以分别被QC_EN_DM和QC_EN_DP关断或导通。
电压比较器U1用来比较DM_IN点上的电压，当高于0.4V时，DM_O为输出逻辑高电平，反之，输出为逻辑低电平。
QC2.0微控制器操作过程：
带有本简单电路的移动电子设备(可以包括移动电源或手机等移动电子设备)的USB接口在没有外设插入的状态下，移动电子设备会把CHG_QC_DM和CHG_QC_DP设成高阻态并设置QC_EN_DM和QC_EN_DP为低电平把Q1和Q2关断。
当支持QC2.0的充电器(简称快充电器)插入到移动电子设备时，移动电子设备会对快充电器进行BC1.2检测，当识别出快充电器为专用充电器接口(简称DCP)(快充电器首先必须是一个DCP)时，移动电子设备内连接DP_IN和DM_IN的芯片的管脚会在其芯片内部被断开或被设成高阻态，然后移动电子设备会开始向快充电器发起QC2.0检测。
移动电子设备把CHG_QC_DP输出设为为高电平(通常3.3V)以及把QC_EN_DP设为高电平去导通Q2，此时，经R3和R4分压DP_IN点上的电压约为0.6V，即移动电子设备强制了一个0.6V到USB接口数据线的D+并保持之，也就是相应的快充电器内部的D+管脚上已收到这个0.6V电压。
快充电器的D+上的0.6V在持续保持1-1.5秒的时间后，快充电器内部会把D+和D-这两个原来保持短路连接的管脚断开连接，并在D-管脚上挂上一个大约20K欧姆电阻的下拉到低电平。
移动电子设备端的DM_IN点的电压此时会被快充电器的D-线拉低到低电平范围，所以U1的输出DM_O为逻辑低电平，只要DM_O此时的逻辑低电平持续数毫秒，移动电子设备就认为插入的为支持QC2.0的快充电器。
然后，移动电子设备就会通过对CHG_QC_DM、CHG_QC_DP、QC_EN_DM、QC_EN_DP对应设置不同的高低电平或高阻态来设置DM_IN和DP_IN两点也就是快充电器的D+和D-两点的电压组合来要求快充电器输出不同的充电电压，例如：Q2断开、CHG_QC_DP逻辑高，Q1导通、CHG_QC_DM逻辑高时DP_IN＝3.3V，DM_IN＝0.6V，即移动电子设备要求快充电器的电源线即VBUS线输出9V电压。
当快充电器从移动电子设备的微型USB接口拔出时，移动电子设备的GPIO：CHG_QC_DM、CHG_QC_DP、QC_EN_DM、QC_EN_DP回到被系统初始设置的状态。
下面简单列举DP_IN和DM_IN上的电压组合对于快充电器的VBUS线的电压输出的含义：
模式1：DP_IN＝0.6V,DM_IN＝0V要求VBUS电压为5.0V；
模式2：DP_IN＝3.3V,DM_IN＝0.6V要求VBUS电压为9.0V；
模式3：DP_IN＝0.6V,DM_IN＝0.6V要求VBUS电压为12V；
模式4：DP_IN＝0.6V,DM_IN＝3.3V未定义，保留未来使用；
模式5：DP_IN＝3.3V,DM_IN＝3.3V要求VBUS电压为20V。
本实施例只需要5个GPIO，4个电阻，2个选择模块和1个比较模块来配合完成主控端的QC2.0功能，即可以实现如下功能：
1.相比现有极少数大公司相当贵的集成芯片技术，本发明能够简单、便宜、快速的为所有不支持QC2.0功能的充电芯片或充电管理电路增加QC2.0快充管理能力；
2.可以帮助所有非高通平台的手机或平板电脑客户以极小代价实现 QC2.0的快充管理功能；
3.可以实现移动电源等设备自身电量的快充功能，从而可以解决目前大容量移动电源自身充电时间过长的难题；
4.可以帮助各类USB接口供电的电子设备智能配对合适的电压等级的供电电源。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种移动电子设备(20)，适用于快速充电管理，包括：快速充电外围分立电路(21)、微控制器(23)、以及USB接口(25)，所述快速充电外围分立电路(21)电连接所述微控制器(23)和所述USB接口(25)；其特征在于，所述快速充电外围分立电路(21)包括负极分立电路(211)和正极分立电路(213)；
所述负极分立电路(211)电连接所述USB接口(25)的D-管脚及所述微控制器(23)，以供所述微控制器(23)通过其接口控制所述USB接口(25)的D-管脚的电压以及检测所述USB接口(25)是否插入符合要求的充电设备；以及
所述正极分立电路(213)电连接所述USB接口(25)的D+管脚及所述微控制器(23)，以供所述微控制器(23)通过其接口控制所述USB接口(25)的D+管脚的电压。
2.如权利要求1所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述负极分立电路(211)包括：
第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一开关模块(2111)及选择模块(U1)，所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一开关模块(2111)依序串接在所述微控制器(23)的第一接口(CHG_QC_DM)与第一接地端(GND1)之间，且所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间的串节点电连接至所述选择模块(U1)的输入端和所述USB接口(25)的D-管脚及所述微控制器(23)，所述选择模块(U1)的输出端电连接至所述微控制器(23)的第二接口(DM_O)，所述第一开关模块(2111)的控制端电连接至所述微控制器(23)的第三接口(QC_EN_DM)。
3.如权利要求2所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述第一开关模块(2111)包括：
第一晶体管(Q1)和第五电阻(R5)，所述第一晶体管(Q1)的控 制端与所述第五电阻(R5)之间的串节点电连接至所述微控制器(23)的第三接口(QC_EN_DM)，所述第一晶体管(Q1)的输出端与所述第五电阻(R5)之间的串节点电连接至所述第一接地端(GND1)，以及所述第一晶体管(Q1)的输入端电连接至所述第二电阻(R2)。
4.如权利要求2所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述第一开关模块(2111)为模拟开关、晶体管或者三极管；
若为模拟开关或晶体管，则所述模拟开关或晶体管的控制端电连接至所述微控制器(23)的第三接口(QC_EN_DM)，且传输端电连接所述第二电阻(R2)和所述第一接地端(GND1)；
若为三极管，则所述三极管的基极电连接至所述微控制器(23)的第三接口(QC_EN_DM)，且集电极和发射极分别电连接至所述第二电阻(R2)和所述第一接地端(GND1)。
5.如权利要求1所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述正极分立电路(213)包括：
第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二开关模块(2131)，所述第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二开关模块(2131)依序串接在所述微控制器(23)的第五接口(CHG_QC_DP)与第二接地端(GND2)之间，且所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)之间的串节点电连接至所述USB接口(25)的D+管脚及所述微控制器(23)，所述第二开关模块(2131)的控制端电连接至所述微控制器(23)的第四接口(QC_EN_DP)。
6.如权利要求5所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述第二开关模块(2131)包括：
第二晶体管(Q2)和第六电阻(R6)，所述第二晶体管(Q2)的控制端与所述第六电阻(R6)之间的串节点电连接至所述微控制器(23)的第四接口(QC_EN_DP)，所述第二晶体管(Q2)的输出端与所述第 六电阻(R6)之间的串节点电连接至所述第二接地端(GND2)，以及所述第二晶体管(Q2)的输入端电连接至所述第四电阻(R4)。
7.如权利要求5所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述第二开关模块(2131)为模拟开关、晶体管或者三极管；
若为模拟开关或晶体管，则所述模拟开关或晶体管的控制端电连接至所述微控制器(23)的第四接口(QC_EN_DP)，且传输端电连接所述第四电阻(R4)和所述第二接地端(GND2)；
若为三极管，则所述三极管的基极电连接至所述微控制器(23)的第四接口(QC_EN_DP)，且集电极和发射极分别电连接至所述第四电阻(R4)和所述第二接地端(GND2)。
8.如权利要求1所述的移动电子设备(20)，其特征在于，所述微控制器(23)的第一接口(CHG_QC_DM)、第二接口(DM_O)、第三接口(QC_EN_DM)、第四接口(QC_EN_DP)和第五接口(CHG_QC_DP)为通用目的输入输出口GPIO，且均可输入或输出高电平、低电平及高阻态。
9.一种快速充电外围分立电路(21)，适用于移动电子设备(20)的充电管理，其特征在于，包括：负极分立电路(211)和正极分立电路(213)；
所述负极分立电路(211)电连接USB接口(25)的D-管脚及微控制器(23)，以供所述微控制器(23)通过其接口控制所述USB接口(25)的D-管脚的电压以及检测所述USB接口(25)是否插入符合要求的充电设备；以及
所述正极分立电路(213)电连接所述USB接口(25)的D+管脚及所述微控制器(23)，以供所述微控制器(23)通过其接口控制所述USB接口(25)的D+管脚的电压。
10.如权利要求9所述的快速充电外围分立电路(21)，其特征在于，
所述负极分立电路(211)包括：第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、 第一开关模块(2111)及选择模块(U1)，所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一开关模块(2111)依序串接在所述微控制器(23)的第一接口(CHG_QC_DM)与第一接地端(GND1)之间，且所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间的串节点电连接至所述选择模块(U1)的输入端和所述USB接口(25)的D-管脚及所述微控制器(23)，所述选择模块(U1)的输出端电连接至所述微控制器(23)的第二接口(DM_O)，所述第一开关模块(2111)的控制端电连接至所述微控制器(23)的第三接口(QC_EN_DM)；以及
所述正极分立电路(213)包括：第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二开关模块(2131)，所述第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二开关模块(2131)依序串接在所述微控制器(23)的第五接口(CHG_QC_DP)与第二接地端(GND2)之间，且所述第三电阻(R3)和第四电阻(R4)之间的串节点电连接至所述USB接口(25)的D+管脚及所述微控制器(23)，所述第二开关模块(2131)的控制端电连接至所述微控制器(23)的第四接口(QC_EN_DP)。
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