DE2819524A1 - Taktgesteuerte spannungsvergleichsschaltung - Google Patents

Taktgesteuerte spannungsvergleichsschaltung

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DE2819524A1 DE19782819524 DE2819524A DE2819524A1 DE 2819524 A1 DE2819524 A1 DE 2819524A1 DE 19782819524 DE19782819524 DE 19782819524 DE 2819524 A DE2819524 A DE 2819524A DE 2819524 A1 DE2819524 A1 DE 2819524A1
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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
Dr. -Ing. H. Li ska __^_
Ζ8ΤΤΠΓΖΖΓ
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8 MÜNCHEN 86, DEN _; j, Jvjaj
POSTFACH 860 820 " .
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
Tektronix, Inc.
14150 S.W. Karl Braun Drive,
Beaverton, Oregon 97077
Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung
909812/0634
Die vorliegende Erfindung betrifft eine taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung.
Taktgesteuerte Vergleichsschaltungen sind bekannt. Bei einer einstufigen Vergleichsschaltung, wie sie beispielsweise in einer schwebenden Patentanmeldung (Aktenzeichen der US-Patentanmeldung 657 414) beschrieben ist, müssen zwei Funktionen, nämlich sowohl die Funktion eines Verstärkers als auch eines Puffers gleichzeitig nebeneinander durchgeführt werden. Um zu den gewünschten Ergebnissen zu gelangen, wird ein symmetrisches rechteckförmiges Taktsignal mit einem Tastverhältnis von 0,5 verwendet, so daß die Vergleichsschaltung abwechselnd beide Funktionen ausübt, wobei Jeweils eine Funktion für 50 % der Zeit wirksam ist. Die Ergebnisse der Vergleichsentscheidung stehen am Ausgang der Vergleichsschaltung lediglich im Pufferbereich der Taktperiode zur Verfügung. Bei größeren Taktfolgefrequenzen, bei denen die Taktperiode sehr klein wird, werden die Perioden, in denen Ausgangsdaten zur Verfügung stehen, noch kleiner, wobei ein Punkt erreicht wird, in dem eine Datenübertragung zu anderen Schaltungen nicht mehr möglich wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine taktgesteuerte Vergleichsschaltung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der Ausgangsdaten in der gesamten Taktperiode zur Verfügung stehen.
Insbesondere soll eine solche taktgesteuerte Vergleichsschaltung, welche selbst hochwertig ist, mit nicht hochwertigen Ubertragungs- und Verarbeitungsschaltungen kompatibel sein.
Diese Aufgabe wird bei einer taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung erfindungsgemäß durch folgende Merk-
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male gelöst:
eine Vergleichsstufe, die ein Eingangssignal aufnimmt und aus diesem periodisch logische Pegel festlegt, eine an die Vergleichsstufe angekoppelte Verstärkerstufe zur Verstärkung der logischen Pegel und an die Vergleichsstufe und die Verstärkerstufe angekoppelte, die logischen Pegel bis zur Festlegung neuer logischer Pegel haltende Puffer.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung handelt es sich um eine Master-Slave-Anordnung.
Dabei sind eine Master-Vergleichsstufe und eine Slave-Vergleichsstufe in Kaskade geschaltet, so daß die Ausgangssignale der Master-Vergleichsstufe auf die Eingänge der Slave-Vergleichsstufe gekoppelt werden. Steuerkreise sind dabei so ausgebildet, daß die Master-Vergleichsstufe und ein Slave-Puffer sowie ein Master-Puffer und die Slave-Vergleichsstufe jeweils zusammen wirksam geschaltet werden. Wenn dabei ein Takteingangssignal auf tiefem Pegel liegt, so arbeitet die Master-Stufe als Differenzverstärker, während die Slave-Stufe auf dem vorangehenden Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird. Tritt im Taktsignal ein Übergang von einem tiefen zu einem hohen Pegel auf, so wird die Master-Stufe in einem Entscheidungszustand gehalten, der durch die differentielle «Eingangsspannung für die Master-Stufe unmittelbar vor dem Taktsprung bestimmt ist. Liegt das Takteingangssignal auf hohem Pegel, so arbeitet die Slave-Stufe als Verstärker, so daß dann der Entscheidungszustand der Master-Stufe auf die Ausgänge weitergegeben wird. Kehrt das Taktsignal auf seinen tiefen Pegel zurück, so hält die Slave-
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Stufe die Ausgänge im laufenden Entscheidungszustand, bis der nächste Übergang des Taktsignals von einem tiefen zu einem hohen Pegel auftritt. Auf diese Weise wird der Entscheidungszustand als gültiges Datenausgangssignal für die gesamte Taktperiode gehalten, so daß eine ausreichende Zeit für nachfolgende Übertragungs- und Verarbeitungskreise zur Ausnutzung der Daten zur Verfügung steht.
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird in folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Gesamtblockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung;
Fig. 2 ein Zeitdiagramm von in der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Signalen; und
Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild einer erfindungsgemäßen taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung.
Gemäß dem Gesamtblockschaltbild nach Fig. 1 enthält eine taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung eine Master-Stufe mit einem Differenzverstärker 10 und einem Puffer 12 sowie eine Slave-Stufe mit einem Differenzverstärker 16 und einem Puffer 18. Die Master-Stufe und die Slave-Stufe sind dabei in Kaskade geschaltet, so daß das komplementäre Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 in den Eingang des
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Differenzverstärkers 16 eingespeist wird. Für die Master-Stufe ist eine erste Konstantstromquelle 20 vorgesehen, so daß über einen Schalter 22 in im folgenden noch zu beschreibender Weise ir den Differenzverstärker 10 oder den Puffer 12 ein- konstanter Strom als Betriebsstrom eingespeist wird. Entsprechend ist für die Slave-Stufe eine zweite Konstantstromquelle 26 vorgesehen, so daß über einen Schalter 28 entweder in den Differenzverstärker oder den Puffer 18 ein konstanter Strom als Betriebsstrom eingespeist wird. Die Schalter 20 und 28 sind mit einer Taktsignalquelle 30 gekoppelt, um sie beide wiederholt mit einer vorgegebenen Folgefrequenz zunächst in eine mit a und sodann in eine mit b bezeichnete Schalterstellung zu schalten. Die Schalter 22 und 28 können praktisch jeweils durch ein emittergekoppeltes Transistorpaar gebildet werden, die durch das sich wiederholende Taktsignal so geschaltet werden, daß der Konstantstrom abwechselnd über den Schalterkontakt a bzw. b fließt.
Anhand des Zeitdiagramms nach Fig. 2 sei nun die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 erläutert. Über Differenzeingänge 34 wird ein analoges Eingangssignal V . in den Differenzverstärker 10 eingespeist. Den folgenden Ausführungen wird ein rechteckförmiges Eingangssignal V . zugrunde gelegt. Es ist dabei jedoch zu bemerken, daß das Eingangssignal generell durch ein Analogsignal beliebiger Form gebildet werden kann. In einem Zeitpunkt T stehen die Schalter 22 und 28 in der Schalterstellung a, während das Eingangssignal v ein abfällt, aber gegenüber einem Entscheidungspegel positiv ist. Der Differenzverstärker 10 ist aktiv, so daß aus dem Eingangssignal V . ein verstärktes Signal V entsteht. Da es sich bei dem Diagramm nach Fig. 1 nicht um eine spannungsorientierte, sondern um eine logisch orientierte Darstellung
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handelt, erscheint das Signal V mit dem Signal V . in Phase. Hs ist jedoch klar, daß das Signal V spannungssäßig ausgedrückt gegenüber dem Signal V . invertiert ist. Das Signal V befindet sich also im Zeittiunkt T
m ο
in einem Übergangszustand von einer logischen Eins zu einer logischen Null, wobei es jedoch über dem Entscheidungspegel liegt. Während dieser Zeit ist aufgrund des über den Schalter 28 fließenden Stromes der Differenzverstärker 16 abgeschaltet und der Puffer 18 eingeschaltet. Im Zeitpunkt T_ wird das Ausgangssignal V_„_ daher auf dem logischen Pegel 1 gehalten, was genau dem vorangehenden Zustand des Eingangssignals Vein entspricht.
Im Zeitpunkt T1 ändert das Taktsignal seinen Wert, so daß die Schalter 22 und 28 in die Schalterstellung b geschaltet werden, so daß der Differenzverstärker 10 und der Puffer 13 abgeschaltet und der Puffer 12 und der Differenzverstärker 16 eingeschaltet werden. Vor dem Zeitpunkt T1 hat das Eingangssignal V . den Entscheidungspegel durchschritten, so daß das Ausgangssignal V des Differenzverstärkers 10 im Zeitpunkt T1 auf dem logischen Pegel 0 gehalten wird. Das Ausgangssignal V_„_ schaltet vom logischen Pegel 1 auf den lo-
alia
gischen Pegel 0, da der Differenzverstärker 16 nunmehr wirksam ist und das Signal V verstärkt.
Im Zeitpunkt Tp schaltet das Taktsignal um, wodurch die Schalter 22 und 28 in die Schalterstellung a geschaltet werden. Der Puffer 18 schaltet nunmehr ein, wodurch das Ausgangssignal V auf dem logischen Pegel 0 gehalten
aUS
wird, während der Differenzverstärker 10 neue Daten tastet. Aufgrund der vorstehend erläuterten Master-Slave-Wirkung bleibt das Ausgangssignal Vo„o für die
auo
gesamte Periode zwischen den Zeitpunkten T1 und T-*
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bzw. für eine vollständige Taktperiode auf dem logischen Pegel 0.
Der vorstehend erläuterte Vorgang wiederholt sich, wobei ersichtlich das Ausgangssignal V„„_ für die gesamten Taktperioden T, bis T5 und T5 bis T7 auf dem logischen Pegel 1 bleibt, da die in den Zeitpunkten T, und T^ getasteten Werte des Eingangssignals V . über dem Entscheidungspegel liegen. Im Zeitpunkt T7 liegt der getastete Wert des Eingangssignals V . unterhalb des Entscheidungspegels, so daß das Ausgangssignal V für die Periode T7 bis Tg auf dem logischen Pegel 0 liegt.
Fig. 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild einer taktgesteuerten Spannungsvergleichsschaltung in Form einer Master-Slave-Anordnung. Jede Stufe wird dabei durch einen getakteten Vergleichskreis gebildet, wie er in der oben genannten schwebenden Patentanmeldung (Aktenzeichen der US-Anmeldung 657 414) beschrieben ist.
Die Master-Stufe 'wird durch emittergekoppelte Eingangstransistoren 50 und 52 gebildet, welche mit Puffertransistoren 54 und 56 kreuzgekoppelt sind. Der größte Teil des Betriebsstroms für diese Transistorpaare wird durch eine Konstantstromquelle 60 gebildet und über einen-Transistoren 62 und 64 enthaltenden Stromschalter geführt. In Basisschaltung betriebene Transistoren 66 und 68 bilden mit den Transistoren 50 und 52 jeweils eine Kaskode-Stufe, um die Eingangsstufe von im Puffer entstehenden Spannungssprüngen zu trennen. Emitterfolger mit Transistoren 70 und 72 sowie Widerständen 74 und 76 sind zwischen die Kollektoren der Transistoren 66 und 68 sowie die Basen der Puffertransistoren 54 und 56 gekoppelt. Die Puffertransistoren 54 und 56 sind
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durch einen über einen Widerstand 78 gelieferten kleinen Strom auf den Einschalt-Schwellwert vorgespannt. Eine derartige Vorspannung des Puffers stellt eine große Schaltgeschwindigkeit sicher. Die Kollektoren der Transistoren 66 und 56 liegen über einen Lastwiderstand 80 an einer Spannungsquelle mit einer Spannung +V, während die Kollektoren der Transistoren 68 und 54 entsprechend über einen Lastwiderstand 82 an einer Spannungsquelle mit einer Spannung +V liegen. Die Ausgangssignale der Master-Stufe werden von diesen Kollektoren abgenommen.
Die Slave-Stufe wird durch emittergekoppelte Eingangstransistoren 90 und 92 sowie kreuzgekoppelte Puffertransistoren 94 und 96 gebildet. Eine Konstantstromquelle 100 liefert den größten Teil des verfügbaren 3etriebsstroms für das Eingangstransistorpaar und das Puffertransistorpaar, wobei dieser Betriebsstrom über einen durch Transistoren 102 und 104 gebildeten Schalter geführt wird. Emitterfolger mit Transistoren 110 und 112 sowie Widerständen 114 und 116 sind zwischen die Kollektoren der Transistoren 90 und 92 sowie die Basen der Puffertransistoren 94 und 96 geschaltet. Über einen 'Widerstand 118 wird ein kleiner Strom geliefert, um das Puffertransistorpaar 94 und 96 in den Bereich des Einschalt-Schwellwertes vorzuspannen. Die Eingangsspannung V von der Master-Stufe wird den Transistoren 90 und 92 über Emitterfolger mit Transistoren 130 und 132 sowie zugehörigen Emitterwiderständen 134 und 136 zugeführt. Zener-Dioden 138 und 140 erzeugen eine derartige Spannungspegelverschiebung, daß die Arbeitspunkte der Slave-Stufe gleich denen der Master-Stufe sind. Die Kollektoren der Transistoren 90
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und 96 sind ü"ber einen Lastwiderstand 140 an eine Spannungsquelle mit einer Spannung +V geführt, während die Kollektoren der Transistoren 92 und 94 entsprechend über einen Lastwider st and 1'v6 an eine Spannungsquelle mit einer Spannung +V* geführt sind.
Der taktgesteuerten Master-Slave-Spannungsvergleichsschaltung wird das analoge Eingangssignal V . an Eingangsklem-
ΘΧΧΤ
men 160 und 162 und das Taktsignal an Klemmen 166 und zugeführt. Diese Signale haben dabei die in Fig. 2 dargestellte Form. Das Ausgangs-Datensignal V_,,_ wird an Ausgangsklemmen 180 und 182 abgenommen. Im Zeitpunkt T- sind die Stromschalttransistoren 62 und 104 leitend, während die Transistoren 64 und 102 gesperrt sind, so daß die Differenzverstärkertransistoren 50 und 52 der Master-Stufe und die Puffertransistoren 94 und 96 der Slave-Stufe Strom erhalten. Im Zeitpunkt T1 sind die Transistoren 62 und 104 gesperrt, während die Transistoren 64 und 102 durchgeschaltet sind, so daß nunmehr der Puffer der Master-Stufe und der Differenzverstärker der Slave-Stufe Strom erhalten. Im Zeitpunkt Tp werden die Stromschalttransistoren erneut geschaltet, so daß sich die Sequenz wiederholt. Die Funktion entspricht dabei der Funktion der Schaltung nach Fig. 1. Die Haster- und Slave-Stufen v/erden also abwechselnd geschaltet, wobei die Master-Stufe zunächst das Eingangssignal tastet, während die Slave-Stufe im vorangehenden Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird. Sodann wird die Master-Stufe in dem durch die getastete differentielle Eingangsspannung bestimmten Entscheidungszustand gehalten, während die Slave-Stufe die neuen Entscheidungsdaten auf die Ausgangsklemmen 180 und 182 überträgt. Die Master-Stufe tastet erneut die Eingangsspannung, während die Slave-Stufe im vorhergehenden Entscheidungszustand der Master-Stufe gehalten wird. Aus den vor-
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stehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die Daten an den Ausgangsklemmen 180 und 182 während einer vollständigen Taktperiode gehalten werden, wodurch eine langsame Übertragung der Daten auf nachfolgende Schaltungen möglich wird.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    L/Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung, gekenn-""' zeichnet durch eine Vergleichsstufe (10), die ein Eingangssignal ί"^gJj1) aufnimmt und aus diesem periodisch logische Pegel festlegt, durch eine an die Vergleichsstufe (10) angekoppelte Verstärkerstufe (16) zur Verstärkung der logischen Pegel und durch an die Vergleichsstufe (10) und die Verstärkerstufe (16) angekoppelte, die logischen Pegel "bis zur Festlegung neuer logischer Pegel haltende Puffer (12 bzw. 18).
  2. 2. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kreise (20, 22, 30 bzw. 26, 28, 30) zur Steuerung der Vergleichsstufe (10), der Verstärkerstufe (16) sowie der Puffer (12, 18) in einer vorgegebenen Sequenz.
  3. 3. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (20, 22, 30 bzw. 26, 28, 30) Stromgeneratoren (20, 26; 60, 100), Schalterstufen (22, 28) sowie eine Taktsignalquelle (30) enthalten und daß eine Schaltstufe (22) zur Betriebsstromzuführung zur Vergleichsstufe (10) dient.
  4. 4. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterstufen (22, 28) durch Transistorstufen (62, 64; 102, 104) gebildet sind, welche durch die Taktsignale selektiv angesteuert sind.
  5. 5. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
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    öl
    Puffer (12, 18) an den Ausgang der Vergleichsstufe (10) bzw. der Verstärkerstufe (16) angekoppelt sind.
  6. 6. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (20, 22, 30; 26, 28, 30) abwechselnd zunächst die Vergleichsstufe (10) und den an den Ausgang der Verstärkerstufe (16) gekoppelten Puffer (18) und sodann die Verstärkerstufe (16) und den an den Ausgang der Vergleichsstufe (10) gekoppelten Puffer (12) wirksam schalten.
  7. 7. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufe (10) durch ein erstes emittergekoppeltes Transistorpaar (50, 52) gebildet ist, deren Basen durch das Eingangssignal (V .) angesteuert sind, daß die Verstärkerstufe (16) durch ein zweites emittergekoppeltes Transistorpaar (90, 92) gebildet ist, deren Basen an die Kollektoren der Transistoren (50, 52) des ersten Paars angekoppelt sind, daß ein drittes emittergekoppeltes Transistorpaar (54, 56), deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren (50, 52) des ersten Paars kreuzgekoppelt sind, den Puffer (12) am Ausgang der Vergleichsstufe (10) bildet, und daß ein viertes emittergekoppeltes Transistorpaar (94, 96), deren Kollektoren mit den Kollektoren der Transistoren (90, 92) des zweiten Paars kreuzgekoppelt sind, den Puffer (18) am Ausgang der Verstärkerstufe (16) bildet.
  8. 8. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Transistoren des ersten bis vierten Paars (50, 52; 90, 92; 54, 56; 94, 96) über die Schalter-
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    - br-
    stufen (22, 28) selektiv an die Stromgeneratoren (60, 100) ankoppelbar sind.
  9. 9. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterstufen (22, 28) durch jeweils ein emittergekoppeltes Transistorpaar (62, 64 bzw. 102, 104) gebildet sind und daß die Kollektoren der Transistoren dieser Paare derart an das erste bis vierte Transistorpaar (50, 52; 90, 92; 54, 56; 94, 96) angekoppelt sind, daß zunächst gleichzeitig das erste und dritte Transistorpaar (50, 52; 54, 56) wirksam geschaltet und das zweite und vierte Transistorpaar (90, 92; 94, 96) abgeschaltet sind und sodann das erste und dritte Transistorpaar (50, 52; 54, 56) abgeschaltet und das zweite und vierte Transistorpaar (90, 92; 94, 96) wirksam geschaltet sind.
  10. 10. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 91 dadurch gekennzeichnet, daß die die Vergleichsstufe (10) und die Verstärkerstufe (16) bildenden Transistorpaare (50, 52 bzw. 90, 92) Differenzverstärker bilden, die als Master-Slave-Anordnung geschaltet sind und bei denen der Ausgang des die Vergleichsstufe (10) bildenden Differenzverstärkers (50, 52) an den Eingang des die Verstärkerstufe (16) bildenden Differenzverstärkers (90, 92) angekoppelt ist, und daß die Steuerkreise (20, 22, 30 bzw. 26, 28, 30) derart an die Differenzverstärker (50, 52; 90, 92) und die Puffer (12, 18) angekoppelt sind, daß abwechselnd jeweils ein Differenzverstärker wirksam geschaltet ist und jeweils der Puffer (12 bzw. 18) dann wirksam geschaltet ist, wenn der zugehörige Differenzverstärker abgeschaltet ist.
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    -Jr-
  11. 11. Taktgesteuerte Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterstufen (22, 28) der Steuerkreise (20, 22, 30; 26, 28, 30) durch die Taktsignale derart angesteuert sind, daß- der von den Stromquellen (20, 26; 60, 100) gelieferte Betriebsstrom den Differenzverstärkern (50, 52; 90, 92) und den Puffern (12; 54, 56; 18; 94, 96) selektiv zugeführt wird.
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