JP2005311968A - Frequency conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は入力された周波数を異なる周波数に変換する周波数変換回路とこれを用いた無線機に関し、特に周波数変換回路は、D/A変換器から出力されたアナログ高周波信号のようにイメージ成分を多く含む信号源から、イメージ信号成分を除去することのできるものに関する。 The present invention relates to a frequency conversion circuit that converts an input frequency into a different frequency and a radio using the same, and in particular, the frequency conversion circuit has a large amount of image components such as an analog high-frequency signal output from a D / A converter. The present invention relates to an image signal component that can be removed from a signal source.
無線送信機、受信機では、各種の周波数変換回路が多く用いられている。
古くは、周波数変換回路は入力周波数と局部発振周波数とを混合してその差または和のいずれかの周波数を得るものであったため、必要としない側の周波数(イメージ周波数)を完全に除去することは一つの技術であった。
比較的最近の周波数変換回路のイメージ除去方法としては、特許文献1の図1に記載されたものがある。この図では周波数fcの入力信号を第1の90°位相器(4)を介して、2個のダブルバランスドミキサ(5a)、(5b)に入力し、また、第2の90°位相器(6)を介して周波数fL1の局部発振器(7)の信号を入力することによりイメージ除去を行う第1周波数変換部(b)が開示されている。この図には、さらに、同じ構成の第2周波数変換部(c)が用いられているが復調のため用いられている説明を省略する。
この第1周波数変換部は入力周波数fcの信号が第1の90°位相器(4)に入力され、ダブルバランスドミキサ(5a)の入力は,例えば0°と180°となり、ダブルバランスドミキサ(5b)の入力は90°と270°となる。それから、第1の局部発振器7の発振出力の0°と90°が第2の90°位相器(6)を介してダブルバランスドミキサ5a、5bにそれぞれ印加される。そして、受信アンテナ1の受信周波数をfcとし、第1の局部発振器7の局部発振周波数をfL1とした場合、ダブルバランスドミキサ(5a)、(5b)の共通接続出力端には、イメージ周波数が原理的に除去された中間周波数(fc−fL1)が現れることになる。上記説明における( )内に記載の符号は、特許文献1の図1に記載の符号であり、本願の各図の符号とは異なるものである。
Various frequency conversion circuits are often used in wireless transmitters and receivers.
In the old days, the frequency conversion circuit mixed the input frequency and the local oscillation frequency to obtain either the difference or the sum of the frequencies, so that the unnecessary frequency (image frequency) must be completely removed. Was one technology.
A relatively recent method for removing an image of a frequency conversion circuit is described in FIG. In this figure, an input signal having a frequency fc is input to two double balanced mixers (5a) and (5b) via a first 90 ° phase shifter (4), and a second 90 ° phase shifter is also provided. A first frequency converter (b) that performs image removal by inputting a signal of a local oscillator (7) having a frequency fL1 via (6) is disclosed. In this figure, the second frequency converter (c) having the same configuration is further used, but the description used for demodulation is omitted.
In the first frequency converter, the signal of the input frequency fc is input to the first 90 ° phase shifter (4), and the input of the double balanced mixer (5a) is, for example, 0 ° and 180 °, and the double balanced mixer The input of (5b) is 90 ° and 270 °. Then, 0 ° and 90 ° of the oscillation output of the first
特許文献1に開示された周波数変換回路は無線受信機に用いるとして説明されており、この回路を周波数変換する各種の用途(例えばD/A変換器を出力源とする信号発生器の周波数変換)に用いるには問題がある。即ち、受信信号そのものには問題になるほどのスプリアスなど高低調波は含まれていないが、D/A変換器の階段状矩形波出力には後述するようなスプリアスが含まれているからである。
D/A変換器から出力される矩形波状の出力信号をダブルバランスドミキサを用いて周波数変換するとき、所望の基本周波数成分の他に、信号のイメージ成分、D/A変換器出力のクロックの漏れ成分、おり返し雑音成分が周波数変換された成分、及びそのイメージ成分が不要スペクトラムとして出力される。イメージ除去周波数変換回路を用いることで、信号のイメージ成分と、D/A変換器出力のおり返し雑音周波数変換後のイメージ成分など、イメージ成分は除去されるが、D/A変換器出力のおり返し雑音とクロックの漏れが周波数変換された成分は残ってしまう。
これを除去するには、選択度の高いローパスフィルタ、バンドパスフィルタなどが必要となり、コストがかかるという課題があった。
When frequency-converting the rectangular wave output signal output from the D / A converter using a double balanced mixer, in addition to the desired fundamental frequency component, the image component of the signal, the clock of the D / A converter output clock The leakage component, the component obtained by frequency conversion of the return noise component, and the image component thereof are output as an unnecessary spectrum. By using the image removal frequency conversion circuit, image components such as the image component of the signal and the image component after the return noise frequency conversion of the D / A converter output are removed, but the output of the D / A converter output A component in which return noise and clock leakage are frequency-converted remains.
In order to eliminate this, a low-pass filter, a band-pass filter, etc. with high selectivity are required, and there is a problem that costs increase.
この発明は、D/A変換器など、歪みの多い高周波信号源から出力された周波数をダブルバランスドミキサを用いて変換し、しかも変換信号にこの歪みを含まないようにすることのできる回路を安価に得ることを目的とする。 The present invention provides a circuit capable of converting a frequency output from a high-distortion high-frequency signal source, such as a D / A converter, using a double balanced mixer and not including this distortion in a converted signal. The purpose is to obtain it inexpensively.
この発明の周波数変換回路は、クロック周波数4fの矩形波信号で形成された周波数fの高周波信号が入力される入力端子、この入力端子に接続され先端に出力端子がもうけられた給電線、この給電線の途中に接続され前記周波数fの波長λに対してλ/6の電気長を持つλ/6先端短絡整合用給電線と、このλ/6先端短絡整合用給電線に並列に接続されたλ/3先端短絡整合用給電線および、前記入力端子に接続されたλ/4先端短絡整合用給電線とを有するスタブ回路、
前記出力端子に接続され、前記高周波信号を通過させるフィルタ、
前記フィルタの出力信号を2分配する分配器と、この分配された2つの信号の間にπ/2の位相差を与えて第1,第2の信号を生成する1つ以上の移相器と、
周波数fLOの高周波信号を出力する局部発振器と、この周波数fLOの高周波信号を互いの間に位相差π/2を有する第3の信号と第4の信号とに分配して移相する移相器と、
前記第1の信号が入力される第1入力端子と、前記第3の信号が入力される第3入力端子とを有する第1ダブルバランスドミキサと、前記第2の信号が入力される第2入力端子と第4の信号が入力される第4入力端子とを有する第2ダブルバランスドミキサと、
前記第1ダブルバランスドミキサの出力と前記第2バランスドミキサの出力とを合成して出力する合成器とを含む周波数変換部とを備え、前記周波数fの高周波信号を周波数(f−fLO)の信号に周波数変換して出力するものである。
The frequency conversion circuit according to the present invention includes an input terminal to which a high-frequency signal having a frequency f formed by a rectangular wave signal having a clock frequency of 4f is input, a feed line connected to the input terminal and having an output terminal at the tip, A λ / 6 tip short-circuit matching feeder connected in the middle of the wire and having an electrical length of λ / 6 with respect to the wavelength λ of the frequency f, and connected in parallel to the λ / 6 tip short-circuit matching feeder a stub circuit having a λ / 3 tip short-circuit matching feeder and a λ / 4 tip short-circuit matching feeder connected to the input terminal;
A filter connected to the output terminal and passing the high-frequency signal;
A divider that divides the output signal of the filter into two, and at least one phase shifter that generates a first and second signal by providing a phase difference of π / 2 between the two divided signals. ,
A local oscillator for outputting a high-frequency signal of frequency f LO, transfer and partitioned between third signal and the fourth signal having a phase difference [pi / 2 to phase between the high frequency signal of the frequency f LO of each other A phaser,
A first double-balanced mixer having a first input terminal to which the first signal is input and a third input terminal to which the third signal is input; and a second input to which the second signal is input. A second double balanced mixer having an input terminal and a fourth input terminal to which a fourth signal is input;
A frequency converter including a synthesizer that synthesizes and outputs the output of the first double balanced mixer and the output of the second balanced mixer, and converts the high frequency signal of the frequency f to a frequency (f−f LO ) Is frequency-converted and output.
また、この発明の無線機は、前記周波数変換回路と、この変換回路にクロック周波数4fの矩形波信号で形成された周波数fの高周波信号を供給するD/A変換器とを備えたものである。 The radio of the present invention includes the frequency conversion circuit and a D / A converter that supplies the conversion circuit with a high-frequency signal having a frequency f formed by a rectangular wave signal having a clock frequency of 4f. .
本発明は、D/A変換器のクロック周波数と出力周波数の関係を所定の関係とし、D/A変換器の出力回路に3つのショートスタブを配置したので、簡易にD/A変換器出力の基本周波数成分にはインピーダンス的影響を与えずに、第1のおり返し雑音成分、及びクロック漏れ周波数成分だけを除去することができる。さらに複数の移相器と2個のダブルバランスドミキサおよび局部発振器からなる周波数変換回路により高周波信号のイメージ成分を除去でき、最終的に所定の高周波信号のみを出力することができる。 In the present invention, since the relationship between the clock frequency and the output frequency of the D / A converter is a predetermined relationship, and three short stubs are arranged in the output circuit of the D / A converter, the output of the D / A converter can be easily achieved. Only the first loopback noise component and the clock leakage frequency component can be removed without affecting the fundamental frequency component in terms of impedance. Further, the image component of the high frequency signal can be removed by a frequency conversion circuit comprising a plurality of phase shifters, two double balanced mixers and a local oscillator, and finally only a predetermined high frequency signal can be output.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1の周波数変換回路を図1のブロック図により説明する。図1の回路は機能ブロック構成として、周波数fの高周波信号を出力するD/A変換器10、このD/A変換器10の出力回路10bに接続されたスタブ回路20、スタブ回路20の次段に接続されたローパスフィルタ25、ローパスフィルタ25の次段に接続された周波数変換部30を含んでいる。D/A変換器10のクロック周波数 fc は、D/A変換器10の出力周波数を f としたとき、fc=4・fの関係式が成立するように決定されている。この関係の理解を助けるためD/A変換器10の出力波形の例を図2に示す。
The frequency conversion circuit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. The circuit of FIG. 1 has a functional block configuration of a D /
スタブ回路20には、入出力端子を接続する給電線と、この給電線の途中に接続されたD/A変換器20の出力したf信号周波数の波長λ[λ=(電波の速度)/f]に対してλ/6の長さのλ/6ショートスタブ(ショートスタブは先端短絡整合用給電線ともいう)21と、λ/3の長さのλ/3ショートスタブ22とが、ともにD/A変換器10から等しい電気長の位置に接続されている。また、λ/6ショートスタブ21とλ/3ショートスタブ22の接続されている位置の次段にλ/4の長さのλ/4ショートスタブ23が接続されている。
The
スタブ回路20の次段には基本周波数fを通過し、他の周波数を遮断するフィルタが接続されている。このフィルタとしては例えばローパスフィルタ25が接続される。ローパスフィルタ25のカットオフ周波数は、fより高い周波数の信号を減衰させる特性を備えている。図では約2fから減衰する特性とする場合を示しているが、遮断周波数は例えばfより高く3f以下とするのが好ましい。
A filter that passes the fundamental frequency f and blocks other frequencies is connected to the next stage of the
ローパスフィルタ25の次段には周波数変換部30が接続されている。周波数変換部30はイメージを除去しつつ周波数変換するもので、ローパスフィルタ25から来た信号は、図示しない分配器により2つの信号に分配される。一方は0移相器31、他方は第1π/2移相器32に入力される。0移相器31の出力は第1ダブルバランスドミキサ33の第1入力端子33aに接続され、第2π/2移相器32の出力は第2ダブルバランスドミキサ34の第2入力端子34aに接続される。
また、第1ダブルバランスドミキサ33の第2入力端子33bは、第2π/2移相器35の入力端と共通に接続された上、局部発振器36の出力端に接続されている。
また、第2ダブルバランスドミキサ34の第2入力端子34bは、第2π/2移相器35の出力に接続されている。
第1ダブルバランスドミキサ33と第2バランスドミキサ34のRF共通出力端子が最終出力端39となる。
A
The
The second input terminal 34 b of the second double balanced
The RF common output terminal of the first double balanced
次に図1の回路の動作について説明する。D/A変換器10の出力周波数をfとし、D/A変換器10のクロック周波数をfcとする。fc=4fであるように選定したとき、A/D変換器10の出力には、(3・f)、(5・f)、・・・・(2n+1)f、( nは正の整数)の周波数におり返し雑音成分が発生する。この周波数スペクトラムを図3に示す。図3の横軸は周波数、縦軸は信号の強度(電力)を示している。D/A変換器10の出力には基本波の周波数f成分51のほかに、3・f周波数に前述のおり返し雑音成分52が、また、4・f周波数にクロック周波数成分53が、また5・f周波数以上の前述の周波数におり返し雑音成分54・・・が含まれている。
この出力は、スタブ回路20において、λ/6ショートスタブ21と、λ/3ショートスタブ22でその一部が次のように除去される。
周波数fに対するλ/6ショートスタブ21の入力インピーダンスは、
Zi=j・Zo・tan(2π(λ/6)/λ)=j・Zo・tan(π/3) (1)
周波数fに対するλ/3ショートスタブ22の入力インピーダンスは、
Zi=j・Zo・tan(2π(λ/3)/λ)=j・Zo・tan(2π/3)= -j・Zo・tan(π/3) (2)となる。
これらのショートスタブ21,22は、互いに同じ位置に接続された上、上記(1)と(2)式のように符号が逆の同値となっているから、互いに作用して出力周波数fに対する全体としてのインピーダンスは無限大となり、基本周波数fの信号に影響を与えない。
Next, the operation of the circuit of FIG. 1 will be described. Assume that the output frequency of the D /
In the
The input impedance of the λ / 6
Zi = j · Zo · tan (2π (λ / 6) / λ) = j · Zo · tan (π / 3) (1)
The input impedance of the λ / 3
Zi = j · Zo · tan (2π (λ / 3) / λ) = j · Zo · tan (2π / 3) = − j · Zo · tan (π / 3) (2)
Since these
おり返し雑音の周波数の一つ、3 fに対しては、周波数が3倍になったことによりλの長さは見かけ上(3λ)となるから、λ/6ショートスタブ21の長さは見かけ上は(λ・3)/6=λ/2長のショートスタブとなり、入力インピーダンスは0となる。また、λ/3ショートスタブ22の長さは見かけ上、(λ・3)/3=λ長となり入力インピーダンスは0となる。即ち、2つのショートスタブ21、22ともに入力インピーダンスが0となるため短絡されて周波数3・fの成分は除去される。
The length of λ / 6
また、D/A変換器10から漏れ出すクロック漏れ周波数fcの成分は、λ/4ショートスタブ23で除去する。即ち、周波数fに対するλ/4ショートスタブ23の入力インピーダンスはZi=j・Zo・tan(2π(λIF/4)/λ)= j・Zo・tan(π/2)となり、これは無限大であるのでf信号には影響を与えない。クロック漏れ周波数fcはfc=4fであるため、fcの波長に対するλ/4ショートスタブ23の見かけの長さは(λ・4)/4=λ長となり入力インピーダンスは0となる。また、クロック漏れ周波数の高調波成分(図3には図示しない)に対してもλ/4ショートスタブ23が波長のnλ長(nは正の整数)となり入力インピーダンスが0となる。このため、クロック漏れ周波数fcとその高調波成分は短絡され除去される。この結果、スタブ回路20を通過した信号の周波数スペクトラムは図4に示すように、基本周波数51と、おり返し雑音54より上の周波数成分のみが残るものとなる。
Further, the component of the clock leakage frequency fc leaking from the D /
D/A変換器10の周波数5・fの折り返し雑音54と、これ以上の周波数の成分は、スタブ回路20の次段に接続したローパスフィルタ25によって十分低いレベルまで低減させる。ローパスフィルタ25のカットオフ周波数56は図5に示すように、基本周波数の少し上に設定してあるので5・f以上の成分は容易に減衰させることができる。
このようにして、ローパスフィルタ25の出力には、基本周波数成分fのみが取り出される。このときの周波数スペクトラムは図5に示すようなものになる。
The aliasing noise 54 of the
In this way, only the fundamental frequency component f is extracted from the output of the low-pass filter 25. The frequency spectrum at this time is as shown in FIG.
ローパスフィルタ25の出力端は周波数変換回路30に入力される。そして0移相器31、第1π/2移相器32の2つの移相器の共通接続端に入力される。f信号周波数は0移相器31、第1π/2移相器32を通過後、互いにπ/2の位相差を持つことになる。
これら2つの位相器の出力は互いの位相差がπ/2となるような関係であればよく、それぞれが0位相、π/2位相でなければならないということではない。
0移相器31の出力は第1のダブルバランスドミキサ33の第1入力端子33aに、第1π/2移相器32の出力は第2のダブルバランスドミキサ34の第2入力端子34aにそれぞれ入力される。また、局部発振器36からの局部発信信号fLOは第2π/2移相器35により,位相差π/2をもつ2つの局発信号(第3、第4信号)に分配され、第1のダブルバランスドミキサ33の第3入力端子33b及び第2のダブルバランスドミキサ34の第4入力端子34bに入力される。第1のダブルバランスドミキサ31からは、fとfLOが混合され希望波fRF(= fLO− f)とイメージ信号fIMAGE(= fLO+ f)とが出力される。第2のダブルバランスドミキサ34では、fとfLOが混合され希望波fRF(=fLO− f)とイメージ信号fIMAGE(= fLO+ f)とが、希望波の位相が第1ダブルバランスドミキサ31の希望波と同相であり、イメージ信号は第1バランスドミキサ31のイメージ信号の位相とは逆相である信号が出力される。理解を助けるため第1バランスドミキサ31の出力と第2バランスドミキサ34の出力の周波数スペクトラムを図6に示す。図に示すとおり、基本周波数fの信号と、ローカルオシレータ35の発信周波数fLOとが、若干漏れてくるということはあるが、このような単一周波数の信号の除去は公知のフィルターを用いることで簡単に除去できるのでここでの説明は省略する。
よって、第1ダブルバランスドミキサ31の出力と、第2バランスドミキサ34の出力とを合成してRF出力39に取り出すと、イメージ信号fIMAGEは互いに逆相であるので打ち消され、希望波fRFのみが出力される。このときの周波数スペクトラムを図7に示す。
The output end of the low-pass filter 25 is input to the
The outputs of these two phase shifters need only have such a relationship that the phase difference between them is π / 2, and it does not mean that the phases must be 0 phase and π / 2 phases, respectively.
The output of the zero
Therefore, when the output of the first double
図1の説明では理解を助けるため、高周波信号源はD/A変換器10であるとして説明した。しかし、D/A変換器10はこの発明の周波数変換回路を構成する要素ではない。高周波信号源がクロック周波数が4fのパルス状矩形波を出力する例えばパルス発振器のようなものであれば、この発明の周波数変換回路を用いることにより所定の効果を得ることができる。
In the description of FIG. 1, the high-frequency signal source is described as the D /
実施の形態2.
実施の形態1の図1では、スタブ回路20内のスタブはすべてショートスタブであるとして説明した。しかし、要は除去すべき周波数に対してインピーダンスがほぼゼロであり、基本周波数に対してインピーダンスが十分に高ければよい(必ずしも無限大である必要はなく、実施の形態1のように互いに作用してトータルとしてのインピーダンスが高くなるような組み合わせでもよい)のであるから、長さを調整してこの条件に合うようにしたオープンスタブを用いることも可能である。
なお、図1のλ/6ショートスタブ21とλ/3ショートスタブ22は並列でなければならないが、これらとλ/4ショートスタブ23の接続位置は入れ替わってもよい。また、スタブ回路20とローパスフィルタ25の接続順序は入れ替わってもよい。
ローパスフィルタ25は基本周波数fを通過させる、例えば帯域幅がf/2程度の帯域通過フィルタであってもよいことはいうまでもない。
Embodiment 2. FIG.
In FIG. 1 of the first embodiment, it has been described that all the stubs in the
Note that the λ / 6
It goes without saying that the low-pass filter 25 may be a band-pass filter that passes the fundamental frequency f, for example, a bandwidth of about f / 2.
実施の形態3.
図1の周波数変換回路は高周波信号源としてD/A変換器10を備えているので、このまま例えば無線送信機のドライブ回路として用いることができる。また無線受信機の局発回路として用いることができる。
Since the frequency conversion circuit of FIG. 1 includes the D /
この発明の周波数変換回路は、D/A変換器出力をキャリア信号とするものに限らず、一般的なパルス発生源を発信源とする周波数の変換に利用することができる。また無線送信機の周波数変換部はむろん、受信機にも用いることができる。さらに校正用周波数発振器にも用いることができる。 The frequency conversion circuit of the present invention is not limited to the one using the output of the D / A converter as a carrier signal, but can be used for frequency conversion using a general pulse generation source as a transmission source. Of course, the frequency converter of the wireless transmitter can also be used for a receiver. Further, it can be used for a calibration frequency oscillator.
10 D/A変換器、 20 スタブ回路、 21 λ/6ショートスタブ、
22 λ/3ショートスタブ、 23 λ/4ショートスタブ、
25 ローパスフィルタ(高域遮断フィルタ) 30 周波数変換部、
31 0移相器、 32 第1(π/2)移相器、
33 第1ダブルバランスドミキサ、 34 第2ダブルバランスドミキサ、
35 第2(π/2)移相器、 36 局部発振器。
10 D / A converter, 20 stub circuit, 21 λ / 6 short stub,
22 λ / 3 short stub, 23 λ / 4 short stub,
25 Low-pass filter (high-frequency cutoff filter) 30 Frequency converter,
31 0 phase shifter, 32 1st (π / 2) phase shifter,
33 first double balanced mixer, 34 second double balanced mixer,
35 Second (π / 2) phase shifter, 36 Local oscillator.
Claims (4)
前記出力端子に接続され、前記高周波信号を通過させるフィルタ、
前記フィルタの出力信号を2分配する分配器と、この分配された2つの信号の間にπ/2の位相差を与えて第1,第2の信号を生成する1つ以上の移相器と、
周波数fLOの高周波信号を出力する局部発振器と、この周波数fLOの高周波信号を互いの間に位相差π/2を有する第3の信号と第4の信号とに分配して移相する移相器と、
前記第1の信号が入力される第1入力端子と、前記第3の信号が入力される第3入力端子とを有する第1ダブルバランスドミキサと、前記第2の信号が入力される第2入力端子と第4の信号が入力される第4入力端子とを有する第2ダブルバランスドミキサと、
前記第1ダブルバランスドミキサの出力と前記第2バランスドミキサの出力とを合成して出力する合成器とを含む周波数変換部とを備え、前記周波数fの高周波信号を周波数(f−fLO)の信号に周波数変換して出力することを特徴とする周波数変換回路。 An input terminal to which a high-frequency signal having a frequency f formed by a rectangular wave signal having a clock frequency of 4f is input, a feed line connected to the input terminal and having an output terminal at the tip, and the frequency connected to the middle of the feed line λ / 6 tip short-circuit matching feed line having an electrical length of λ / 6 with respect to the wavelength λ of f, and λ / 3 tip short-circuit matching feed connected in parallel to the λ / 6 tip short-circuit matching feed line A stub circuit having an electric wire and a λ / 4 tip short-circuit matching feeder connected in the middle of the feeder,
A filter connected to the output terminal and passing the high-frequency signal;
A divider that divides the output signal of the filter into two, and at least one phase shifter that generates a first and second signal by providing a phase difference of π / 2 between the two divided signals. ,
A local oscillator for outputting a high-frequency signal of frequency f LO, transfer and partitioned between third signal and the fourth signal having a phase difference [pi / 2 to phase between the high frequency signal of the frequency f LO of each other A phaser,
A first double-balanced mixer having a first input terminal to which the first signal is input and a third input terminal to which the third signal is input; and a second input to which the second signal is input. A second double balanced mixer having an input terminal and a fourth input terminal to which a fourth signal is input;
A frequency converter including a synthesizer that synthesizes and outputs the output of the first double balanced mixer and the output of the second balanced mixer, and converts the high frequency signal of the frequency f to a frequency (f−f LO Frequency conversion circuit characterized in that the signal is frequency-converted and output.
The frequency conversion circuit according to claim 1, and a D / A converter that supplies the frequency conversion circuit with a high-frequency signal having a frequency f formed by a rectangular wave signal having the clock frequency 4 f. transceiver.
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