CN210775928U - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，具体的，设置激光器与可以产生恒定功率的电流的激光器驱动芯片连接，以使激光器输出的恒定功率光至电吸收调制器；设置金手指与电吸收调制器的高频控制引脚连接，实现电吸收调制器所输出的高频光信号的调制，同时，设置微处理器通过数字模拟转换芯片与电吸收调制器的基准电压引脚连接，微处理器设置数字模拟转换芯片的输出值的变化，使加载在电吸收调制器上的基准电压产生变化，进而电吸收调制器所输出高频光信号的幅值随数字模拟转换芯片所输出的低频信号的变化而变化，实现将低频信号调制在高频信号中。由于该光模块只需增加一个数字模拟转换芯片，进而可以低成本实现低频信号的调制。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

随着5G网络技术的推进，对传送承载网络的带宽、时延及同步也提出了更高要求，其中，包括更大的移动前传和回传带宽，更小的端到端时延，更密集的组网以及更高精度的网络同步等。而ITU-T SG15((光和其他传送网组))制定的国际标准G.metro(城域融合超宽带光接入)标准正是致力于解决上述问题。

其中，G.metro标准主要规范了基于低成本可调谐光模块的波长自适应单纤双向接入WDM(波分复用，Wavelength Division Multiplex)系统，该系统主要由头端设备(HEE，Head End Equipment)、尾端设备(TEE，End Equipment)和黑链路(Black Link)组成，不含有光放大器。在上述WDM系统中，尾端设备上的发射机能够自动根据所连接光合分波器或光分插复用器的物理端口来适配波长，无需人工波长配置，从而实现波长端口无关的技术效果。上述波长无关自动适配机制，使得尾端设备上的光模块只需连接至光合分波器或光分插复用器上正确的物理端口，设备一经上电即可正常工作，极大地简化网络建设及业务开局，并简化了网络运维。

而要实现上述自动适配机制，需要通过调顶技术，在头端设备上将低频信号以某种深度直接调制在高频信号中，尾端设备在收到高频信号后，将低频信号解调出来，再根据低频信号内容进行波长适配。在将低频信号调制在高频信号中时，通常采用的实现方式为，在光模块中高频光信号发射通路的基础上，新增一路低频光信号发射通路，然后，利用复合器件将高频光信号和低频光信号合成为复合光信号，并将该复合光信号通过光通信线路传输出去。

但是，上述新增低频光信号发射通路然后再合光的方式，不仅需要在光模块中增设跟多元器件，不仅增加了硬件成本还给光模块内部布板带来困难。

实用新型内容

本申请实施提供了一种光模块，以在高频信号上，低成本实现低频信号的叠加。

本申请实施例提供的光模块，主要包括：

一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，具有电路以及由所述电路连接的电学元件，其中，所述电路包括接地电路及信号电路，用于提供接地电连接及信号电连接；

光发射组件，与所述信号电路连接，用于产生光信号；

所述电学元件包括：

金手指，用于接收来自上位机的高频信号；

激光器驱动芯片，用于产生恒定功率的电流；

数字模拟转换芯片，与微处理器连接，用于将所述微处理器输出的低频数字信号转换为低频模拟信号；

所述光发射组件包括：

激光器，阳极与所述激光器驱动芯片的输出端电连接、阴极与所述接地电路连接，用于在所述激光器驱动芯片的控制下输出恒定功率的激光；

电吸收调制器，其高频控制引脚与所述金手指电连接、基准电压引脚与所述数字模拟转换芯片电连接、接地引脚与所述接地电路连接，用于接收所述激光，并以所述低频模拟信号为基准电压，基于所述高频信号调制光信号。

由上述实施例可见，本申请实施例提供的光模块，通过设置激光器与可以产生恒定功率的电流的激光器驱动芯片连接，进而可以使激光器输出的恒定功率光至电吸收调制器；设置金手指与电吸收调制器的高频控制引脚连接，进而可以实现电吸收调制器所输出的高频光信号的调制，同时，设置微处理器通过数字模拟转换芯片与电吸收调制器的基准电压引脚连接，微处理器设置数字模拟转换芯片的输出值的变化，进而使得加载在电吸收调制器上的基准电压产生变化，基于电吸收调制器对光的吸收幅值受基准电压值的影响，所以，电吸收调制器所输出高频光信号的幅值随数字模拟转换芯片所输出的低频信号的变化而变化，即实现将低频信号调制在高频信号中。并且，本实施例提供的光模块，与新增低频光信号发射通路的方式相比，只需增加一个数字模拟转换芯片，进而可以低成本实现低频信号的调制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本实施例中提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本实施例中提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为本实施例中提供的一种光模块的内部结构框图；

图6为本实施例中提供的双数据信号调制电路的电路结构图；

图7为本实施例中提供的高速信号驱动芯片的内部电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光电信号的转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导中传输，利用光在光纤中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输。而计算机等信息处理设备采用的是电信号，这就需要在信号传输过程中实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光电转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、传输数据信号以及接地等，金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的标准方式，以此为基础，电路板是大部分光模块中必备的技术特征。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络单元100、光模块200、光纤101及网线103；

光纤的一端连接远端服务器，网线的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤与网线的连接完成；而光纤与网线之间的连接由具有光模块的光网络单元完成。

光模块200的光口与光纤101连接，与光纤建立双向的光信号连接；光模块200的电口接入光网络单元100中，与光网络单元建立双向的电信号连接；光模块实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络单元之间建立连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络单元100中，来自光网络单元100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。光模块200是实现光电信号相互转换的工具，不具有处理数据的功能，在上述光电转换过程中，信息并未发生变化。

光网络单元具有光模块接口102，用于接入光模块，与光模块建立双向的电信号连接；光网络单元具有网线接口104，用于接入网线，与网线建立双向的电信号连接；光模块与网线之间通过光网络单元建立连接，具体地，光网络单元将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络单元作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络单元及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络单元是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络单元结构示意图。如图2所示，在光网络单元100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106中设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起结构。

光模块200插入光网络单元中，具体为光模块的电口插入笼子106中的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量通过光模块壳体传导给笼子，最终通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本实用新型实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203、电路板204、MCU2045和光接收组件206。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(208、209)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口208，电路板的金手指从电口208伸出，插入光网络单元等上位机中；另一个开口为光口209，用于外部光纤接入以连接光模块内部的MCU2045和光接收组件206；电路板204、MCU2045和光接收组件206等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板204、MCU2045和光接收组件206等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁手柄203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

MCU2045和光接收组件206，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。MCU2045和光接收组件206也可以结合在一起形成光收发一体结构。

电路板204上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如微处理器MCU2045、激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板204通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板204一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当MCU2045和光接收组件206位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

进一步的，电路板204表面的金手指具有I2C引脚，上位机与光模块之间可以采用I2C协议、通过I2C引脚进行信息传递。

该光模块在工作过程中，本实施例设置其可以根据来自光线路终端的数据电信号发出相对高频的数据光信号，以保持光线路终端原有的对外数据传输业务，同时，该光模块还根据非数据电信号(即不是用于正常传输业务的信号)发出相对低频的操控光信号，以向对端的光模块发出操控信息，实现在不打断正常业务的同时向远端系统传递操控数据，例如，利用低频消息通道传送系统升级包实现远端系统的在线升级、上报DDM(数字诊断监控，Digital Diagnostic Monitoring)信息等。由于该光模块及对端的光模块均采用一根光纤对外连接，所以数据光信号及操控光信号混合在同一束光中，以采用同一根光纤传输，为了对不同信号进行区分，本实施例设置数据光信号与操控光信号具有不同的频率。

其实现原理为：通过对光模块中的微处理器2045、MCU2045等器件的设计，使微处理器2045控制MCU2045，在其发出的高频光信号(数据光信号)上叠加低频光信号(操控光信号)，例如，在10Gbps或25Gbps信号上叠加低频调制信号50Kbps，其中，10Gbps或25Gbps信号为正常的业务信号，增加的另一路50Kbps的低频信号执行其它操控功能。

基于上述原理，下面将结合附图，对本实施例中的光模块中实现低频光信号的调制的方式进行详细介绍。

图5为本实施例中提供的一种光模块的内部结构框图，图6为本实施例中提供的双数据信号调制电路的电路结构图。

如图5和6所示，在光模块中的电路板上设有微处理器2045、用于将数字信号转换为模拟电压信号的数字模拟转换芯片(DAC，Digital to analog converter)2046以及用于产生恒定功率的电流的激光驱动芯片2042b。其中，微处理器2045分别与数字模拟转换芯片2046和激光驱动芯片2042b连接，用于负责各芯片的上电初始化及配置、工作监管等工作，另外，微处理器2045还用输出低频变化的0和1数字信号，以控制数字模拟转换芯片2046所输出的模拟信号值的变化，进而使数字模拟转换芯片2046可以输出低频变化的模拟电压信号。

光发射组件205中设有激光器2051和电吸收调制器(EAM，Electro AbsorptionModulator)2052。其中，激光器2051的阳极与激光器驱动芯片2042b的输出端电连接、阴极与电路板204上的接地电路连接，用于在激光器驱动芯片2042b的控制下输出恒定功率的激光至电吸收调制器2052。

本实施例设置一个独立的激光器驱动芯片2042b来驱动激光器2051，与利用微处理器2045驱动激光器2051的方式相比，一方面可以保证激光器2051所输出光功率的稳定性、另一方面可以缓解MCU的数据处理压力。本实施例设置激光驱动芯片2042b输出恒定功率的电流至激光器2051，进而可以使激光器可以输出恒定功率的激光，以助于提高电吸收调制器2052所输出光信号的质量。需要说明的是，本实施例中，激光器2051所发出的激光可以是连续的恒定功率激光也可以是突发的恒定功率激光。

电吸收调制器2052的高频控制引脚与金手指电连接、以接收来自上位机的高频信号，基准电压引脚与数字模拟转换芯片电连接，接地引脚与电路板204上的接地电路连接。基于电吸收调制器2052是是利用半导体中激子吸收效应制作而成光信号调制器件，其可以根据基准电压和接收到的高频电信号引起的电压改变，输出不同功率的光信号，并且基准电压的大小直接关系到电吸收调制器2052对激光的吸收能力，因此，当将低频变化的模拟电压信号作为电吸收调制器2052的基准电压，进而会使电吸收调制器2052对于激光的吸收能力随低模拟电压信号的电压值的变化而变化，实现将低频信号调制在高频信号中。

另外，该光模块还可以实现信号的接收，如图5所示，该光模块中设有光接收组件ROSA206，用于接收外部设备发送的光信号，并将外部设备发送的光信号转换为电信号；与光接收次模块206的输出端连接的限幅放大器2043，用于将光接收次模块206输出的电信号进行放大；与限幅放大器2043的输出端连接的第二时钟数据恢复模块2044，用于将限幅放大器2043输出的信号进行，第二时钟数据恢复模块2044的输出端与金手指207连接。通过金手指207与上位机连接，进而可以将该光模块接收的信号发送至上位机。为实现所接收信号的低频信号的解调，通过在光接收次模块206设置采样偏置电路，将收到的光信号转换为电信号，并根据接收光功率的不同，相应的电压值也发生变化，光模块中的微处理器通过采样偏置电路的电压的大小，判断所接收光功率的强弱变化，进而根据该强弱变化，实现低频信号的解调。

进一步的，基于电吸收调制器2052为反向偏置，而微处理器2045输出的信号一般为正向信号，因此，为保证电吸收调制器2052所输出的低频信号与微处理器2045所输出的信号变化规律的一致性，如图6所示，本实施例还在数字模拟转换芯片2046的输出端设置有运算放大器2047。其中，运算放大器2047的反向输入端与数字模拟转换芯片2046的输出端连接、正向输入端与电路板204上的接地电路连接、输出端与电吸收调制器2052的基准电压引脚连接，另外，在运算放大器2047的反向输入端与数字模拟转换芯片2046的输出端之间设有匹配电阻R2、正向输入端与接地电路之间均设有匹配电阻R1,利用该匹配电阻R1来保持运放的静态平衡，同时，运算放大器2047的反向输入端与输出端之间连接有反馈电阻Rf，这样，数字模拟转换芯片2046所输出的信号经匹配电阻R1加至运算放大器2047的反向输入端，同时把输出信号电压经反馈电阻Rf反馈到反向输入端，构成深度电压并联负反馈。

利用上述连接关系，数字模拟转换芯片2046所输出的信号电压与运算放大器2047所输出信号的电压相位相反，大小成比例关系，其中，比例系数为Rf/R2。通过设置该运算放大器2047，不仅可以实现对数字模拟转换芯片2046所输出信号的相位取反，还可以实现输入至电吸收调制器2052的电压的幅值的控制。

进一步的，为保证输入至电吸收调制器2052的高频信号的稳定性，在电路板204上，还设有第一时钟数据恢复模块2041和高速信号驱动芯片2042a，第一时钟数据恢复模块2041和高速信号驱动芯片2042a也与微处理器2045电连接，以使微处理器2045可以控制其上电初始化及配置、工作监管等作；另外，为了提高器件集成度、减少布板面积，高速信号驱动芯片2042a和激光驱动芯片2042b可以集成在一个器件中，统称为激光驱动器2042。

其中，第一时钟数据恢复模块2041的输入端与金手指电连接，用于来自上位机的高频信号进行整形，这样，便可以降低发送给电吸收调制器2052的信号的失真程度，进而使得光发射组件205可基于高质量的高频信号输出信号失真度低的光信号。

高速信号驱动芯片2042a的输入端与第一时钟数据恢复模块2041的输出端电连接、输出端与电吸收调制器2052的高频引脚电连接，用于将第一时钟数据恢复模块2041整形后的高频信号进行幅度调整，进而可以保证输入至电吸收调制器2052幅值的稳定性。

基于金手指接收到的高频信号通常为差分信号，本实施例还对高速信号驱动芯片2042a进行设计。图7为本实施例中提供的高速信号驱动芯片的内部电路结构图。如图7所示，高速信号驱动芯片2042a中设有第一三极管V1、第二三极管V2以及调控控制单元。

其中，第一三极管V1的基极与第一时钟数据恢复模块2041的第一输出端连接、集电极分别与第三电阻R3的一端及电吸收调制器2052的高频控制引脚连接、发射极与调控控制单元的一端连接，第三电阻R3的另一端与供电电源VCC连接。第二三极管V2的基极与第一时钟数据恢复模块2041的第二输出端连接、集电极分别与第四电阻R4的一端及电路板204上的接地电路连接、发射极与调控控制单元的一端连接，第四电阻R4的另一端与供电电源连接；调控控制单元的另一端接地，利用用于控制第一三极管和第二三极管所输出信号的电压值。通过利用来自第一时钟数据恢复模块2041的高频信号，进而可以控制第一三极管V1和第二三极管V2的导通和关闭，通过设置供电电源VCC的电压值、第三电阻R3和第四电阻R4的电阻值以及调控控制单元所输出的电压值，进而可以实现对输出至电吸收调制器2052的高频信号的幅值的调整，本实施例还调整调控控制单元所输出的电压值，还可以根据电吸收调制器2052的需要，输出不同幅值的信号至电吸收调制器2052。

进一步的，为实现对电吸收调制器2052的防静电保护，在第一三极管V1的集电极与电吸收调制器2052的高频控制引脚之间、以及第二三极管V2的集电极与接地电路之间还分别设置有钳位二极管D1。

为降低输入信号噪声，对光发射组件205所输出光信号质量的影响，如图6所示，本实施例在光发射组件205的输入端设置有滤波电容C1、电感L1和L2，其中，滤波电容C的一端与高速信号驱动芯片2042a的输出端连接、另一端与电吸收调制器2052的高频引脚电连接，以实现直流信号的隔离；第一电感L1的一端与运算放大器2047的输出端连接(在具体实施中，如未设置运算放大器2047，则与数字模拟转换芯片2046的输出端连接)、另一端与电吸收调制器2052的基准电压引脚连接，以实现交流信号的隔离；第二电感L2的一端与激光器驱动芯片2042b的输出端连接、另一端与激光器2051的阳极连接，以实现交流信号的隔离。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，具有电路以及由所述电路连接的电学元件，其中，所述电路包括接地电路及信号电路，用于提供接地电连接及信号电连接；

光发射组件，与所述信号电路连接，用于产生光信号；

所述电学元件包括：

金手指，用于接收来自上位机的高频信号；

激光器驱动芯片，用于产生恒定功率的电流；

数字模拟转换芯片，与微处理器连接，用于将所述微处理器输出的低频数字信号转换为低频模拟信号；

所述光发射组件包括：

激光器，阳极与所述激光器驱动芯片的输出端电连接、阴极与所述接地电路连接，用于在所述激光器驱动芯片的控制下输出恒定功率的激光；

电吸收调制器，其高频控制引脚与所述金手指电连接、基准电压引脚与所述数字模拟转换芯片电连接、接地引脚与所述接地电路连接，用于接收所述激光，并以所述低频模拟信号为基准电压，基于所述高频信号调制光信号。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述电学元件还包括：

第一时钟数据恢复模块，输入端与所述金手指电连接，用于将所述高频信号进行整形；

高速信号驱动芯片，输入端与所述第一时钟数据恢复模块的输出端电连接、输出端与所述电吸收调制器的高频引脚电连接，用于将所述第一时钟数据恢复模块整形后的高频信号进行幅度调整。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述电学元件还包括：

滤波电容，一端与高速信号驱动芯片的输出端连接、另一端与所述电吸收调制器的高频引脚电连接。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述高速信号驱动芯片包括：

第一三极管，基极与所述第一时钟数据恢复模块的第一输出端连接、集电极分别与第三电阻的一端及所述电吸收调制器的高频控制引脚连接、发射极与调控控制单元的一端连接，所述第三电阻的另一端与供电电源连接；

第二三极管，基极与所述第一时钟数据恢复模块的第二输出端连接、集电极分别与第四电阻的一端及所述接地电路连接、发射极与调控控制单元的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述供电电源连接；

所述调控控制单元的另一端接地，用于控制所述第一三极管和第二三极管所输出信号的电压值。

5.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述电学元件还包括：

运算放大器，反向输入端与所述数字模拟转换芯片的输出端连接、正向输入端与所述接地电路连接、输出端与所述电吸收调制器的基准电压引脚连接。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述运算放大器的反向输入端与所述数字模拟转换芯片之间、以及正向输入端与所述接地电路之间均设有匹配电阻。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述电学元件还包括：

第一电感，一端与所述微处理器连接、另一端与所述电吸收调制器的基准电压引脚连接。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述电学元件还包括：

第二电感，一端与所述激光器驱动芯片的输出端连接、另一端与所述激光器的阳极连接。

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