DE2323101A1 - Monolithisch integrierter schaltkreis, vorzugsweise fuer die horizontale ablenkung bei fernsehempfaengern - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71, 3. Mai 19

Melchiorstr. 42

UnserZeichen: MO72P-1OO3

Motorola, Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Monolithisch integrierter Schaltkreis, vorzugsweise für die horizontale Ablenkung bei Fernsehempfängern

Die Erfindung betrifft einen monolithisch integrierten Schaltkreis, vorzugsweise für die horizontale Ablenkung von Fernsehempfängern zur Erzeugung einer Rechteckschwingung, die für eine gegebene Frequenz auf ein gewünschtes Tastverhältnis einstellbar ist, mit einer Oszillatorstufe zur Erzeugung eines Sägezahnsignals und einer weiteren Stufe zur Synchronisierung der Frequenz des Sägezahnsignals auf eine bestimmte Frequenz.

Bei herkömmlichen Fernsehempfängern, und zwar sowohl für den Schwarz-Weiss-als auch für den Farbempfang, sind geeignete Vorkehrungen getroffen, um einen oder mehrere Elektronenstrahlen zur Erzeugung des Bildes sowohl horizontal als auch vertikal abzulenken. Die Ablenkung in horizontaler Richtung erfolgt z.B. mit einer

Fs/ba Frequenz

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Frequenz von 15,75 kHz, während die vertikale Ablenkung z.B. mit einer Frequenz von 60 Hz erfolgt. Die Ablenksysteme müssen mit dem empfangenen Fernsehsignal synchronisiert sein, damit ein stehendes Bild reproduzierbar ist. Das Signalgemisch des empfangenen Fernsehsignals kann dazu benutzt werden, um diese Synchronisation nach der Ableitung der dafür vorgesehenen Synchronisationsimpulse vorzunehmen.

In der Regel finden für die horizontale Ablenkstufe ein oder mehrere Oszillatoren Verwendung, die frei mit der gewünschten Frequenz schwingen. Wenn zwei Oszillatoren dieser Art verwendet werden, arbeitet der eine für die vertikale Ablenkung mit 60 Hz, während der andere für die horizontale Ablenkung, ein Signal in der Grössenordnung von 15,75 kHz liefert. Wenn nur ein einziger Oszillator verwendet werden soll, muss es möglich sein, das gelieferte Ausgangssignal frequenzmässig zu teilen, um die beiden Ablenkfrequenzen zu erhalten. In jedem Fall werden die entsprechenden Oszillatorsignale an zugeordnete Treiberstufen angelegt, die mit ihrem Ausgangssignal die horizontale bzw. die, vertikale Ablenkstufe ansteuern.

In neuerer Zeit werden beträchtliche Anstrengungen gemacht, um die wesentlichen Teile der Schaltung eines Fernsehempfängers als monolithisch integrierte Schaltung aufzubauen. Diese Bemühungen umfassen auch das horizontale Ablenksystem. Obwohl gewisse Schaltungsteile eines solchen Empfängers vom Leistungsniveau her gesehen gegenwärtig für die Integration nicht besonders geeignet sind, wie z.B. die Treiber- und ausgangsseitigen Stufen, sind andere Stufen des Fernsehempfängers für eine solche Integration besonders günstig. Dies trifft für das horizontale Ablenksystem zu, das die Oszillatorstufe, eine Phasenvergleichsbzw. Detektorstufe vorteilhaft in einer einzigen monolithisch integrierten Schaltung vereinigen kann und sowohl für Schwarz-Weiss- als auch für Farbfernsehempfänger

- 2 - verwendbar

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ve rwendb ar ist.

Ein besonderes Problem bei einer solchen Integration ergibt sich dadurch, dass die genannte Schaltungskonfiguration nurmit dem horizontalen Ablenksystem einer bestimmten Art kompatibel wäre. Das heisst, die horizontale Treiberstufe erfordert, dass das von dem zugeordneten Oszillator empfangene Signal ein bestimmtes Tastverhältnis hat. Dabei wird unter dem Tastverhältnis das Verhältnis der Impulsbreiten der positiven und negativen Impulsanteile einer Periode verstanden. Für unterschiedliche Ablenksysteme werden unterschiedliche Tastverhältnisse benötigt, wobei sich diese Unterschiede dadurch ergeben können, dass z.B. die Ausgangs- und/oder Treiberstufen monolithisch integriert aufgebaut oder noch als Röhrensysteme vorgesehen sind. Dasselbe ist auch der Fall, wenn die Ablenksysteme Halbleiter-Thyristoren oder dgl. verwenden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein horizontales Ablenksystem für Fernsehempfänger zu schaffen, das die vorausstehend erwähnten Schwierigkeiten überwindet und in monolithisch integrierter Form herstellbar ist, wobei das Ablenksystem die Möglichkeit bietet, in weitem Variationsbereich an die verschiedenen, bei Fernsehempfängern verwendeten horizontalen Abstimmsysteme anpassbar zu sein; Insbesondere soll die horizontale Ablenkstufe eine Oszillatorstufe umfassen, deren Ausgangssignal ein veränderliches Tastverhältnis hat-, wobei das Tastverhältnis in einfacher Weise einstellbar sein soll.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäss Anspruch 1 dadurch, dass eine Vortreiberstufe mit einem elektronischen Schalter vorhanden ist, um das Sägezahnsignal in eine Rechteckschwingung mit der vorbestimmten Frequenz umzuwandeln, dass die elektronischen Schalter auf das Sägezahnsignal beim

- 3 - Durchlaufen

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Durchlaufen eines bestimmten Schwellwertes ansprechen und die Rechteckschwingung an ihrem Ausgang erzeugen, und dass ein weiteres Netzwerk mit einstellbaren Elementen vorhanden ist, um damit den Schwellwert des elektronischen Schalters wahlweise entsprechend dem gewünschten Tastverhältnis der Rechteckschwingung einstellen zu können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die.monolithisch integrierte Schaltung für das horizontale Ablenksystem eine Oszillatorstufe, eine Phasenvergleichsbzw, üetektorstufe sowie eine Vortreiberstufe, wobei mit dem Oszillator extern RC-Netzwerke verbunden sind, um die Frequenz des erzeugten Sägezahnsignals festzulegen. Die Phasenvergleichsstufe erzeugt ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem angelegten Synchronisationssignal sowie den Rücklaufimpulsen, das dazu benutzt werden kann, um die Frequenz des Öszillatorausgangssignals an die Frequenz der von dem Fernsehsignalgemisch abgeleiteten Synchronisationsimpulse anzupassen.

Das Oszillatorausgangssignal in Form des Sägezahnsignals wird sodann an die Vortreiberstufe angelegt, die im wesentlichen ausgangsseitig ein Rechtecksignal mit der gewünschten horizontalen Ablenkfrequenz liefert. Das. Tastverhältnis dieses Signals der Vortreiberstufe ist wahlweise einstellbar, sodass das Ablenksystem für unterschiedliche Fernsehempfänger verwendbar ist. Die Einstellbarkeit des Tastverhältnisses wird mit Hilfe eines elektronischen Schälters vorgenommen, der bei einem vorgegebenen Schwellwert umschaltet, wobei dieser Schwellwert durch das externe Netzwerk festgelegt wird.

- 4 - Der

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Der elektronische Schalter besteht vorzugsweise aus zwei Halbleiterschaltern in Form eines NPN- und eines PNP-Transistors, wobei eine Spannung an den Emitter des PNP-Transistors über das externe Widerstandsnetzwerk angelegt wird. Das Sägezahnsignal der Oszillatorstufe wird an den Eingang des NPN-Transistors angelegt, wodurch der
PNP-Transistor leitend wird, wenn das Sägezahnsignal
unterhalb des Potentialniveaus des Schwellwertes liegt.
Der PNP-Transistor wird ferner dazu benutzt, um die
Leitfähigkeit weiterer miteinander verbundener NPN-Transistoren zu steuern. Die Rechteckschwingung am Ausgang
der Vortreiberstufe ist bezüglich der Impulsbreiten
sehr korrekt und durch den Schwellwert sehr genau einstellbar, wobei der Schwellwert zwischen einer minimalen und einer maximalen Amplitudengrösse des Sägezahnsignals verschiebbar ist, um dadurch das Tastverhältnis der
Rechteckschwingung entsprechend zu ändern. Wenn das
dem Schwellwert zugeordnete Potential in Richtung auf
die maximale Spannung des Sägezahnsignals geändert wird, werden die ausgangsseitigen Impulse der Treiberstufe
entsprechend breiter. Bei einer Absenkung des Schwellwertes zum minimalen Spannungswert der Sägezahnspannung verschiebt sich das Tastverhältnis in entgegengesetzter Richtung.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination die Erfindung kennzeichnenden Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer horizontalen Ablenkstufe in monolithisch intergrierter Bauweise gemäss der Erfindung;

Fig. 2 das Schaltbild der Vortreiberstufe aus der Schaltung gemäss Fig. 1 im Detail, zusammen mit einem zugeord-

- 5 - neten

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neten, ausserhalb der integrierten Schaltung vorgesehenen Spannungsteiler-Netzwerk aus Widerständen;

Fig. 3 eine graphische Wiedergabe der eingangsseitigen und ausgangsseitigen Schwingungsform der Vortreiberstufe zur Erläuterung der' Erfindung.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines Schaltkreises IO dargestellt, der als integrierte monolithische Schaltung mit den innerhalb der gestrichelten Linie angegebenen Teilen hergestellt ist. Dieser Schaltkreis 10 umfasst eine stabilisierte Stromversorgungs- und Vorspannungsstufe 12, die die Vorspannung, sowie die Energieversorgung für die verschiedenen Stufen des Schaltkreises liefert. Ferner ist eine Oszillatorstufe 14, eine Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe 16 und eine Vortreiberstufe 18 vorgesehen. Der Schaltkreis 10 ist für die horizontale Ablenkung bei einem Fernsehempfänger verwendbar, unabhängig davon, ob dieser für den Schwarz-Weiss- bzw. Farbempfang geeignet ist. Der Schaltkreis 10 für die horizontale Ablenkung arbeitet mit einem nicht dargestellten externen Kondensator und Widerstand zusammen, die in diskreter Form an die Kontakt^· fläche 20 der Oszillatorstufe 14 angeschlossen sind, um als Zeitglied bei der Erzeugung eines Sägezahnsignals wirksam zu sein, wie dies als Schwingungsform S in Fig. dargestellt ist. Die Frequenz und der Spannungsverlauf des erzeugten Sägezahnsignals bestimmen sich aus der Zeitkonstante aufgrund des an die Kontaktfläche 20 angeschlossenen externen RC-Netzwerks, wie dies allgemein bekannt ist.

Das Ausgangssignal des Oszillators 14 wird mit den aus dem Fernsehsignal abgeleiteten Synchronisationsimpulsen durch die Wirkung der Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe synchronisiert bzw. phasenstarr gekoppelt. Die Synchronisationsimpulse werden aus dem Fernseh-Signalgemisch mit Hilfe

- 6 - einer

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einer nicht dargestellten Separatorstufe abgeleitet, welche an die Kontaktfläche 22, die den einen Eingang der Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe 16 bildet, angeschlossen ist. Das Sägezahnsignal von einem integrierten Rücklaufimpuls wird an eine Kontaktfläche 24 angelegt, die den zweiten Eingang für die Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe 16 bildet. Diese Stufe 16 arbeitet in bekannter Weise und erzeugt ein geeignetes Ausgangssignal, wenn ein Fehler zwischen dem angelegten Synchronisationsimpuls und dem Rücklaufimpuls festgestellt wird, wobei die Fehlerspannung an der Kontaktfläche 26 erscheint und abgreifbar ist. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe 16 kann über eine weitere Stufe 27 abgegriffen und in herkömmlicher Weise zur Steuerung der Frequenz und Phase der Oszillatorstufe verwendet werden.

Der Schaltkreis 10 für die horizontale Ablenkung ist insoweit sowohl bezüglich seiner Ausgestaltung als auch seiner Betriebsfunktion im wesentlichen konventionell, jedoch würde das von der Oszillatorstufe 14 erzeugte Sägezahnsignal nur mit einer speziellen Auslegung innerhalb eines horizontalen Ablenksystems kompatibel sein, und zwar würde hierfür nur ein Ablenksystem in Frage kommen, das ein Tastverhältnis· bzw. einen Arbeitszyklus erfordert, wie er durch'das Ausgangssignal der Oszillatorstufe 14 ohne weitere Modifikation im wesentlichen geliefert wird. Wie bereits erwähnt, erfordern jedoch verschiedene horizontale Ablenksysteme Oszillatorsignale mit unterschiedlichem Tastverhältnis. So zeigen Systeme mit Vakuumröhren in der Ausgangsstufe und/oder den Treiberstufen des horizontalen Ablenksystems Betriebseigenschaften bezüglich der Vorspannungen und der übrigen Parameter, die wesentlich von den Betriebsbedingungen horizontaler Ablenkstufen in monolithisch integrierter Bauweise verschieden sind.

- 7 - Gemäss

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Gemäss der vorliegenden Erfindung ist der Schaltkreis IO für die horizontale Ablenkung kompatibel mit jeglichem horizontalen Ablenksystem, und zwar aufgrund der Vortreiberstufe 18, deren Wirkungsweise nachfolgend beschrieben wird. Diese Vortreiberstufe 18 umfasst gemäss Fig. 2 einen NPN-Transistor 40, dessen Emitter mit der Basis eines PNP-Transistors 42 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 42 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 44 verbunden, dessen Kollektor seinerseits mit der Basis eines weiteren NPN-Transistors 46 in Verbindung steht. Die Emitter der Transistoren 44 und 46 liegen direkt an Masse,bzw. genauer an einer Kontaktfläche 28, die mit dem Bezugspotential, d.h. mit Masse, verbunden werden kann.

Der Emitter des Transistors 40 ist über einen Widerstand 50 mit Masse verbunden und der Kollektor des PNP-Transistors liegt über einen Widerstand 52 an Masse. Die Betriebsspannung wird dem Kollektor des Transistors 40 direkt und dem Kollektor des Transistors 44 über einen weiteren Widerstand 54 zugeführt, Das Eingangssignal für die Vortreiberstufe 18 bildet sich an der Basis des Transistors 40 aus, wogegen das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 46 abgegriffen wird. Ein externes, aus Widerständen aufgebautes Spannungsteiler-Netzwerk 56 umfasst die Widerstände Rx, Ry in diskreter Bauweise. Diese Widerstände sind miteinander in Serie zwischen die an die Kontaktfläche 30 angelegte Betriebsspannung und Masse geschaltet, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände an der Kontaktfläche 60 liegt. Diese Kontaktfläche 60 steht mit dem Emitter des PNP-Transistors 42 in Verbindung. Ein weiterer Widerstand Rz liegt zwischen der positiven Versorgungsspannung B+ und dem Kollektor des Transistors 46, die beide mit der Kontaktfläche 62 in Verbindung stehen. Über diesen Widerstand wird eine bestimmte Spannung an den Transistor 46 angelegt, wenn sich dieser im nicht leitenden Zustand befindet.

- 8 - Ln

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Im Betrieb wird das von der Oszillatorstufe erzeugte Sägezahnsignal an die Basis des Transistors 40 angelegt. Dieses Sägezahnsignal hat eine Spannungsauslenkung, die" in Fig. 3 mit Vmin und Vmax bezeichnet ist. Ferner.wird an den Emitter des PNP-Transistors 42 ein Potential Vt angelegt, das von dem Spannungsteiler-Netzwerk 56 bestimmt wird. Es kann angenommen werden, dass dieses Bezugspotential Vt im wesentlichen zwischen die Grenzwerte Vmin und Vmax fällt, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Dementsprechend wird durch den Anteil des Sägezahnsignals, der unterhalb des Bezugspotentials Vt liegt, der Transistor leitend gemacht. Der leitende Transistor 42 bewirkt, dass auch der Transistor 44 in den leitenden Zustand gesteuert wird, wodurch dieser wiederum den Transistor 46 in den nicht leitenden Zustand schaltet. Damit ist das am Kollektor, d.h. am Ausgang dieses Transistors und über den Widerstand Rz angelegte Potential verhältnismässig hoch. Dies gilt im Vergleich mit dem am Kollektor wirksamen Potential im leitenden Zustand des Transistors. Wenn sich das Ausgangssignal des Transistors 56 auf dem hohen Potential befindet, d.h. wenn dieser Transistor nicht leitend ist, nimmt er effektiv die Sättigungimpedanz des Transistors 44 an seiner Basis an, wodurch der Kolfektor des Transistors 46 auf ein sehr hohes Potential gehen kann, da eine BV^™-Bedingung gegeben ist.

Wenn sich jedoch das Sägezahnsignal an der Basis des Transistors 42 über dem Niveau des Bezugspotentials Vt an dessen Emitter befindet, wird der Transistor 42 in den nicht leitenden Zustand vorgespannt. Entsprechend ist auch der Transistor 44 nicht leitend und der Transistor 46 voll leitend, womit der Kollektor effektiv Massepotential annimmt.

Auf diese Weise wird am ausgangsseitigen Kollektor des Transistors 46 durch das an die Basis des Transistors 4o

- 9 - von

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von der Oszillatorstufe 14 aus angelegte Sägezahnsignal ein Impuls erzeugt. Bezüglich der Phase und der Frequenz ist das Ausgangssignal der Vortreiberstufe 18 gleich dem angelegten Sägezahnsignal, jedoch ist das Taktverhältnis effektiv von dem externen Spannungsteiler-Netzwerk 56 bestimmt, welches seinerseits den Schwellwert für den elektronischen Schalter festsetzt, der aus den Transistoren 40 und 42 gebildet ist. Es ist offensichtlich, dass ein Anheben des Bezugspotentials Vt zwischen den Grenzen der maximalen und minimalen Spannungsauslenkung des Sägezahn- . signals S den positiven Ausgangsimpuls OP der Vortreiberstufe 18 entsprechend der Verschiebung breiter macht. Wenn dagegen das Bezugspotential Vt verringert wird, nimmt auch dieser positive Ausgangsimpuls OP entsprechend in seiner Breite ab. Auf diese Weise kann die Impulsbreite des positiven Ausgangsimpulses, der auch mit A bezeichnet ist, wirksam variiert werden, und zwar von einer Impulsbreite, die etwa um das 8-fache grosser als die Breite des negativen, mit B bezeichneten Impulses ist, bis zu einer Breite, bei der der positive Impuls A nur näherungsweise 1/8 der Breite des negativen Impulses B ist. Damit ist es möglich, das Taktverhältnis innerhalb eines Bereiches von 8 : 1 bis 1 : 8 wahlweise festzulegen, indem lediglich die Werte der Widerstände Rx und Ry im Spannungsteilernetzwerk 56 entsprechend geändert werden. Die Amplitude des Ausgangsimpulses wird selbstverständlich durch das positive Potential B+ der Versorgungsspannung und den Wert des Widerstandes Rz bestimmt.

- 10 - Patentansprüche 3098A8/085Ö

Claims (4)

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   Patentansprüche

   ft·/ Monolithisch integrierter Schaltkreis, vorzugsweise für die horizontale Ablenkung von Fernseh-Empfängern zur Erzeugung einer Rechteckschwingung, die für eine gegebene Frequenz auf ein gewünschtes Tastverhältnis einstellbar ist, mit einer Oszi.llat.orstufe zur Erzeugung eines Sägezahnsignals und einer weiteren Stufe zur Synchronisierung der Frequenz des Sägezahnsignals auf eine bestimmte Frequenz dadurch gekenn ze ichnet, dass eine Vortreiberstufe (18) mit einem elektronischen Schalter (40, 42) vorhanden ist, um das Sägezahnsignal (S) in eine Rechteckschwingung (OP) mit der vorbestimmten Frequenz umzuwandeln, dass die elektronischen Schalter auf das Sägezahnsignal beim Durchlaufen eines bestimmten Schwellwertes (Bezugspotential Vt) ansprechen und die Rechteckschwingung an ihrem Ausgang erzeugen, und dass ein weiteres Netzwerk (56) mit einstellbaren Elementen (Ry, Rx) vorhanden ist, um damit den Schwellwert des elektronischen Schalters wahlweise entsprechend dem gewünschten Tastverhältnis der Rechteckschwingung einstellen zu können.
2. 2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Schalter aus zwei miteinander verbundenen Halbleiteranordnungen (40, 42) besteht, wobei das Sägezahnsignal an die eine Halbleiteranordnung (40) und das den Schwellwert bestimmende Bezugspotential an die Steuerelektrode der anderen Halbleiter-

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   ft

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   anordnung (42) anlegbar ist, und dass die andere Halbleiteranordnung (42) in den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand in Abhängigkeit von der Amplitude des Sägezahnsignals schaltbar ist, je nachdem ob die Amplitude des Sägezahnsignals den Schwellwert übersteigt bzw. unter diesen abfällt.
3. 3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-' kennzeichnet, dass der elektronische Schalter einen NPN-Transistor (40) und einen PNP-Transistor (42) umfasst, und dass das Netzwerk zur Einstellung des Schwellwertes an der Steuerelektrode des PNP-Transistors (42) liegt, wobei dieser Transistor nur dann leitend wird, wenn die Amplitude des Sägezahnsignals kleiner als der Schwellwert ist.
4. 4. Schaltkreis nach einem oder mehreren;der Ansprüche 1-3, dadurch g e k e" η η ζ e i c h;n e t, dass der NPN-Transistor (40) der Vortreiberstufe (18) mit seinem Emitter an der Basis des PNP-Transistors (42) liegt, dass ein weiterer NPN-Transistor (44) mit seiner Basis am Kollektor des PNP-Transistors (42) angeschlossen ist, und dass der Kollektor des zweiten NPN-Transistors (44) an der Basis eines dritten NPN-Transistors (46) liegt, wobei die Basis des NPN-Transistors (40) die Eingangsklemme der Vortreiberstufe darstellt und mit dem Sägezahnsignal (S) beaufschlagbar ist, und dass der Kollektor des dritten NPN-Transistors (46) den Ausgang der Vortreiberstufe (18) darstellt, an welchem die in ihrem Tastverhältnis veränderbare Rechteckschwingung abgreifbar ist

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