JP2016131316A - Slave for communication - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マスタより一対のバスを介して電源が供給されて動作し、前記バスを電流駆動してマスタに信号を送信する通信用スレーブに関する。 The present invention relates to a communication slave that operates by being supplied with power from a master via a pair of buses and that drives the current of the bus to transmit a signal to the master.
マスタとスレーブとが一対のバスにより接続されており、スレーブにはマスタより動作用電源が供給され、スレーブがバスを電流駆動してマスタに信号を送信する通信方式には以下のような問題がある。バスには、スレーブがマスタに信号を送信することで電流変動が生じる。しかし、バスにはその他、スレーブ自身が消費する電流やノイズ等に基づく電流変動も重畳されるため、そのような電流変動成分が大きくなると、マスタが信号を正しく受信できなくなるおそれがある。 The master and slave are connected by a pair of buses, and the slave is supplied with operating power from the master, and the communication method in which the slave drives the bus to send a signal to the master has the following problems: is there. Current fluctuation occurs in the bus when the slave transmits a signal to the master. However, current fluctuations based on the current consumed by the slave itself, noise, and the like are also superimposed on the bus, and if such current fluctuation components increase, the master may not be able to receive signals correctly.
例えば特許文献1には、通信回線3に接続された複数の通信装置1、2間で通信信号を送受信する通信システムにおいて、通信装置1が、通信信号に変換されるべき通信用データを出力する制御部11と、制御部11から出力される通信用データに基づいて通信信号を生成し通信回線3に出力する通信部12と、通信部12が通信信号を生成する際に消費される消費電流I2と逆位相の補償電流I3を出力する電流出力部15とを備えた構成が開示されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1の電流出力部15は、「通信部12が通信信号を生成する際に消費される消費電流I2」のみを補償の対象としている。したがって、通信装置1が、通信信号を生成しない期間に消費される電流や、突発的に発生するノイズ等については、電流変動を補償することができない。
However, the
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自身が消費する電流によってバス上に発生する変動を平滑化できる通信用スレーブを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a communication slave capable of smoothing fluctuations generated on a bus due to current consumed by itself.
請求項1記載の通信用スレーブによれば、自身の動的な消費電流を検出する消費電流検出手段と、バスを電流駆動してマスタに信号を送信するための送信手段との間に、消費電流検出手段により検出された動的な消費電流に対し逆相となる電流を発生させる平滑化手段を備える。このように構成すれば、平滑化手段によって、自身が消費する電流によりバス上に発生する変動を平滑化できる。したがって、マスタは、その変動の影響を受けることなく、スレーブが送信した信号を受信できる。
According to the communication slave according to
請求項2記載の通信用スレーブによれば、制御回路が送信手段を介して送信する信号のデータを格納するための送信バッファを備え、受信手段は、バスに流れる電流を検出することで自身の下流側に接続されている通信用スレーブが送信した信号を受信する。制御回路は、受信手段を介して下流側の通信用スレーブが送信した信号を受信すると、その受信信号データを送信バッファに一旦格納する。それから、前記受信信号を送信手段により自身の上流側に送信する。
According to the communication slave of
このように構成すれば、下流側に接続されている通信用スレーブがマスタに信号を送信すると、その信号データは上流の通信用スレーブによって受信され、送信バッファに格納される。また、下流側に接続されている通信用スレーブがマスタに信号を送信することでバス上に発生する消費電流の変動は、上流の通信用スレーブの平滑化手段によって平滑化される。そして、送信バッファに格納された信号データは、前記通信用スレーブにより自身の上流側に送信される。 With this configuration, when the communication slave connected downstream transmits a signal to the master, the signal data is received by the upstream communication slave and stored in the transmission buffer. Further, fluctuations in current consumption generated on the bus when a communication slave connected to the downstream side transmits a signal to the master are smoothed by the smoothing means of the upstream communication slave. The signal data stored in the transmission buffer is transmitted to the upstream side of the communication slave by the communication slave.
すなわち、バスに複数の通信用スレーブが多段接続されるネットワーク構成においても、各通信用スレーブがマスタに信号を送信する際に発生するバス上の電流変動は上流側の通信用スレーブにより平滑化され、信号データは、上流の通信用スレーブを介して順次にマスタに向けて送信される。したがって、マスタは、各通信用スレーブが通信処理以外で動的にする消費する電流によるバス上の電流変動の影響を受けることなく、各通信用スレーブが送信した信号を正確に受信できる。 That is, even in a network configuration in which a plurality of communication slaves are connected to the bus in multiple stages, current fluctuations on the bus that occur when each communication slave transmits a signal to the master are smoothed by the upstream communication slave. The signal data is sequentially transmitted to the master via the upstream communication slave. Therefore, the master can accurately receive the signal transmitted by each communication slave without being affected by the current fluctuation on the bus due to the current consumed dynamically by each communication slave other than the communication process.
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態のスレーブ1(通信用スレーブ)とマスタ2とは、バス3H(高電位側バス,電源線),3L(低電位側バス,グランド線)を介して接続されている。スレーブ1は、マスタ2よりバス3を介して電源が供給されて動作する。送信バッファ4には、スレーブ1がマスタ2に送信するデータが格納される。送信データは、例えばスレーブ1に付随して設けられているセンサ等の信号をA/D変換したものである。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the slave 1 (communication slave) and the
送信回路5は、スレーブ1内のマスタ2側(上流側)において、バス3H,3L間に接続されている。電流源のシンボルで示す送信回路5(送信手段)は、送信バッファ4に格納されているデータがシリアルに入力されると、各データビットの値に応じてバス3を電流駆動することでマスタ2に信号を送信する。また、同じく電流源のシンボルで示すスレーブ消費電流6は、スレーブ1が動作することで消費される動的な電流を等価回路的に示すものである。
The
センス抵抗7(消費電流検出手段,抵抗素子)はバス3Hに挿入されており、電流モニタ部8(消費電流検出手段)は、センス抵抗7の端子電圧に基づきバス3Hに流れる電流をモニタする。前記電流には、スレーブ消費電流6も含まれることになる。電流源のシンボルで示す平滑化電流出力回路9(平滑化手段)は、送信回路5よりも下流側のバス3H,3L間に接続されている。平滑化電流出力回路9は、電流モニタ部8により検出される電流に対して逆相となる電流信号を生成してバス3H,3L間に出力する。
The sense resistor 7 (consumption current detection means, resistance element) is inserted in the
図2に示すように、電流モニタ部8は、オペアンプ11,NチャネルMOSFET12及び13を備えている。オペアンプ11の非反転入力端子,反転入力端子は、それぞれ抵抗素子14,15を介してセンス抵抗7の各端子に接続されている。FET12のドレインはオペアンプ11の非反転入力端子に接続され、ソースはFET13のドレイン及びゲートに接続されている。FET13のソースは、グランドのシンボルで示すバス3Lに接続されている。FET12のゲートはオペアンプ11の出力端子に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
平滑化電流出力回路9は、ミラー対を構成するNチャネルMOSFET16及び17を備えている。FET16のドレインは、電流源18を介して電源に接続されていると共に、自身のゲートに接続されている。FET16及び17のソースはグランドに接続され、FET17のドレインは、バス3Hに接続されている。NチャネルMOSFET19は、FET16に並列に接続されており、FET19のゲートはFET13のゲートに接続されている。すなわち、FET13及び19もミラー対を構成している。
The smoothing
次に、本実施形態の作用について説明する。電流モニタ部8のオペアンプ11は、非反転入力端子の電位と反転入力端子の電位とが等しくなるようにFET12のゲート電位を制御する。したがって、FET12及び13の直列回路に流れる電流は、バス3Hに流れる電流Iに応じてセンス抵抗7の両端に発生する電圧に比例する。前記直列回路に流れる電流は、例えば電流比1/nで電流Iと同相の電流となる。電流I/nは、FET19によりミラーされるが、FET19に流れる電流が増加すると、その分だけFET16に流れる電流が減少する。前記電流は、FET17によりn倍でミラーされるので、結果としてFET17に流れる電流の波形は、電流Iの波形と逆相になる。
Next, the operation of this embodiment will be described. The
つまり、スレーブ消費電流6による電流変動がバス3に発生しても、その変動は平滑化電流出力回路9の作用により平滑化されることになり、マスタ2にはその変動の影響が及ばない。そして、送信回路5は、平滑化電流出力回路9よりも上流側に接続されている。したがって、マスタ2には、スレーブ1が送信回路5により信号を送信した際に発生した電流変動だけが伝送される。
That is, even if a current fluctuation due to the
以上のように本実施形態によれば、スレーブ1において、センス抵抗7及び電流モニタ部8と、バス3を電流駆動してマスタ2に信号を送信するための送信回路5との間に、電流モニタ部8により検出された動的な消費電流に対し逆相となる電流を発生させる平滑化電流出力回路9を備える。このように構成すれば、平滑化電流出力回路9は、スレーブ1自身が消費する電流によりバス3上に発生する変動を平滑化できるので、マスタ2は、その変動の影響を受けることなく、スレーブ1が送信した信号を受信できる。
また、電流モニタ部8は、バス3Hに挿入されるセンス抵抗7の端子電圧に基づきバス3Hに流れる電流をモニタするので、簡単な構成によりスレーブ1の消費電流を検出することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the
Moreover, since the
(第2実施形態)
以下、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図3に示すように、第2実施形態のスレーブ21は、第1実施形態のスレーブ1に制御回路22及び電流検出部23(受信手段)を加えたものである。そして、バス3には、複数のスレーブ21(1〜3)が接続されている。電流検出部23は、制御回路22が、自身より下流側に接続されているスレーブ21がマスタ1に送信した信号を検出するために配置されている。そのため、電流検出部23は、電流モニタ部8と同様にセンス抵抗7(受信手段)の端子電圧を参照する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different parts will be described. As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、電流検出部23は、オペアンプ24,NチャネルMOSFET25及びコンパレータ26を備えている。オペアンプ24の非反転入力端子,反転入力端子は、それぞれ抵抗素子27,28を介してセンス抵抗7の各端子に接続されている。FET25のドレインはオペアンプ27の非反転入力端子に接続され、ソースは抵抗素子29を介してグランド(バス3L)に接続されている。FET25のゲートはオペアンプ24の出力端子に接続されている。
As shown in FIG. 4, the
また、FET25のソースは、コンパレータ26の非反転入力端子に接続されており、コンパレータ26の反転入力端子には、参照電圧refが与えられている。電流検出部23では、電流モニタ部8と同様に、オペアンプ24が、バス3Hに流れる電流Iに応じてセンス抵抗7の両端に発生する電圧に基づいてFET25のゲートを制御する。これにより、FET25には、例えば電流比1/nで電流Iと同相のドレイン電流が流れ、抵抗素子29の端子電圧は、ドレイン電流の値に応じたレベルとなる。
The source of the
コンパレータ26は、抵抗素子29の端子電圧を参照電圧refと比較して矩形波信号を生成し、制御回路22に出力する。これにより、制御回路22は、自身の下流側に接続されているスレーブ21がマスタに送信した信号を検出できる。制御回路22は、CPU(マイクロコンピュータ)で構成され、送信バッファ4に対して送信データの書き込みを行う。
The
次に、第2実施形態の作用について説明する。図5に示すように、制御回路22は、先ず他のスレーブ21がマスタ2に信号を送信したことに伴うバス3の電流変化を検出したか否かを判断する(S1)。前記電流変化を検出しなければ(NO)、自身のスレーブ21がマスタ2に送信するデータ(例えばセンサ信号など)を読み込んで(S5)、読み込んだデータを送信バッファ4に書き込む(S3)。その後、書き込み完了(S4)となる。一方、ステップS1において、バス3の電流変化を検出すると(YES)、制御回路22は、電流検出部23を介して他のスレーブが送信した信号のデータを読み込む(S2)。そして、読み込んだデータを送信バッファ4に書き込む(S3)。
Next, the operation of the second embodiment will be described. As shown in FIG. 5, the
例えば図6に示すように、マスタ2がバス3上に同期信号を出力すると、その同期信号を受信したスレーブ21が一斉に送信を開始する(その時点で送信バッファ4に格納されているデータに応じて送信回路5による送信を行う)仕様であるとする。尚、マスタ2がスレーブ21に信号を送信する際には、バス3を電圧駆動する。この場合、スレーブ21は、マスタ2の送信データを受信するため、バス3の電圧変化を捉えるコンパレータ等(受信手段)を備えるようにする。これにより、マスタ2からスレーブ21への送信と、スレーブ21からマスタ2への送信とを同時に行うことが可能になる(全二重通信)。
For example, as shown in FIG. 6, when the
各スレーブ21(1〜3)は、同期信号を受信すると、それぞれがSlave1データ,Slave2データ,Slave3データを同時に送信する。最上流に位置するスレーブ21(1)は、Slave1データをマスタ2に送信するのに並行して、スレーブ21(2)が送信したSlave2データを受信して送信バッファ4に書き込む。そして、Slave1データの送信が完了すると、続いてSlave2データをマスタ2に送信する。
When each of the slaves 21 (1 to 3) receives the synchronization signal, each of the slaves 21 (1 to 3) simultaneously transmits Slave1 data, Slave2 data, and Slave3 data. The slave 21 (1) located at the most upstream receives the
同様に、スレーブ21(3)が送信したSlave3データは、スレーブ21(2)がSlave2データを送信するのに並行して、スレーブ21(2)により受信されて送信バッファ4に書き込まれる。更に、Slave3データはスレーブ21(1)によって受信され、スレーブ21(1)がSlave2データの送信が完了すると、続いてSlave3データがマスタ2に送信される。尚、Slave1〜3データには、それぞれの送信元を判別するためのID情報が含まれている。
Similarly, Slave3 data transmitted by the slave 21 (3) is received by the slave 21 (2) and written to the
すなわち、スレーブ21(2),21(3)においても、スレーブ消費電流6による動的な電流変動は、それぞれが有している平滑化電流出力回路9により平滑化されるので、それぞれの上流側のスレーブ21(1),21(2)に対しては、データの送信に伴う電流変動のみが伝達される。そして、下流側のスレーブ21が送信したデータは、上流側のスレーブ21により一旦受信されて、更に上流側のスレーブ21に転送される。最終的には、最上流に位置するスレーブ21(1)が、全てのスレーブ21のデータを直接マスタ2に送信することになる。
That is, also in the slaves 21 (2) and 21 (3), the dynamic current fluctuation due to the slave consumption current 6 is smoothed by the smoothing
以上のように第2実施形態によれば、制御回路22は、電流検出部23を介してバス3Hの消費電流を参照し、自身の下流側に接続されているスレーブ21が送信した信号を受信すると、その受信信号データを送信バッファ4に一旦格納する。それから、前記受信信号データを送信回路5により自身の上流側に送信する。
As described above, according to the second embodiment, the
すなわち、バス3に複数のスレーブ21(1〜3)が多段接続されるネットワーク構成においても、各スレーブ21がマスタ2に信号を送信する際に発生するバス3上の電流変動は上流のスレーブ21により平滑化され、信号データは、上流のスレーブ21を介して順次にマスタ2に向けて送信される。したがって、バス3において送信データの衝突が発生することはない。また、S/N比が向上するので、信号電流振幅の最大値を小さく設定でき、消費電力を低減できる。よって、マスタ2は、各スレーブ21が通信処理以外で動的に消費する電流によるバス3上の電流変動の影響を受けることなく、各スレーブ21が送信したデータを正確に受信できる。
また、制御回路22は、マスタ2がバス3を介して送信した同期信号を受信すると、送信バッファ4に格納されているデータを送信回路5を介して送信するので、マスタ2が主導して行う同期通信に対応できる。
That is, even in a network configuration in which a plurality of slaves 21 (1 to 3) are connected to the
Further, when the
(第3実施形態)
図7に示すように、第3実施形態では、マスタ2が同期信号を送信せず、各スレーブ21(1〜3)が非同期で通信を行う場合を示す。図中のケース(A)では、スレーブ21(1),スレーブ21(3),スレーブ21(2)の順で送信を開始している。スレーブ21(1)は、Slave1データをマスタ2に送信している途中でSlave2データを受信すると、Slave2データを送信バッファ4に書き込む。そして、Slave1データの送信が完了した後にSlave2データのマスタ2に対する送信を開始する。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 7, the third embodiment shows a case where the
また、スレーブ21(2)では、自身がSlave2データの送信を開始する前にSlave3データを受信するので、Slave3データを送信バッファ4に書き込む。その書込みを行っている途中で送信すべきSlave2データが発生すると、Slave2データの送信を開始し、その送信が完了すると続いてSlave3データの送信を開始する。そして、ケース(B)のようにスレーブ21(1〜3)が同時に送信を開始した場合には、第2実施形態の図6と同じ送信パターンになる。
In addition, since the slave 21 (2) receives the Slave3 data before starting transmission of the Slave2 data, the slave 21 (2) writes the Slave3 data in the
図8は、スレーブ21が非同期通信を行うと共に、マスタ2がバス3を電圧駆動することで、並行してスレーブ21にデータを送信する全二重通信の例を示す。
以上のように第3実施形態によれば、制御回路22は、自身が送信するデータを送信バッファ4に格納する間に下流側のスレーブ21が送信した信号を受信しなければ、前記データの格納後直ちに送信回路5を介して送信を行う。そして、自身が送信するデータを送信バッファ4に格納している間に下流側のスレーブ21が送信した信号を受信すると、自身の送信データに続いて前記受信信号のデータを送信バッファ4に格納してから送信する。これにより、各スレーブ21が非同期通信を行う場合に対応できる。
FIG. 8 shows an example of full-duplex communication in which the
As described above, according to the third embodiment, the
(第4実施形態)
図9に示すように、第4実施形態のスレーブ31は、バス3Hに、センス抵抗7とは別にもう1つのセンス抵抗32(受信手段,抵抗素子)を配置している。そして、電流モニタ部8はセンス抵抗7の端子電圧を参照し、電流検出部23はセンス抵抗32の端子電圧を参照する。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 9, in the
図中に示すA点の信号は、下流側のスレーブ31(2)が信号を送信することで発生したバス3上の電流変動であり、その電流変動はセンス抵抗32及び電流検出部23により捉えられる。A点よりも上流側のB点では、上記の電流変動にスレーブ31(1)の消費電流6に応じた電流変動が重畳されるが、これらの電流変動はセンス抵抗7により捉えられ、平滑化電流出力回路9により平滑化される。したがって、平滑化電流出力回路9よりも上流側のC点では電流変動が生じない。
The signal at point A shown in the figure is a current fluctuation on the
そして、制御回路22は、電流検出部23を介して受信したデータに応じて送信回路5により信号を送信するので、C点よりも上流側のD点では、送信信号に応じた電流変動のみが現れ、その電流変動がマスタ2に受信される。このように構成すれば、スレーブ31が、センス抵抗32及び電流検出部23を介して下流側のスレーブ31が送信したデータを受信する際に、自身の消費電流変動の影響を受けない。したがって、S/N比を更に向上させることができる。
And since the
(第5実施形態)
図10に示すように、第5実施形態のスレーブ41は、スレーブ31における送信バッファ4を、具体的にFIFO(First In First Out)4A及びパラレル/シリアル変換部4Bで構成した場合を示している。すなわち、制御回路22によってFIFO4Aに書き込まれたデータは、先に書き込まれたデータから先に読み出されてパラレル/シリアル変換部4Bに転送される。パラレル/シリアル変換部4Bは、書き込まれたパラレルデータをシリアルデータに変換して送信回路5に出力する。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 10, the
(第6実施形態)
図11に示すように、第6実施形態のスレーブ51は、センス抵抗7に替えて、バス3Hに電流センサ52(消費電流検出手段)を配置したものである。このように構成した場合も、第1実施形態と同様の効果が得られる。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 11, the
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
スレーブの数は、2つ又は4つ以上でも良い。
第4実施形態において、センス抵抗32を、第6実施形態のように電流センサに置き換えても良い。
The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The number of slaves may be two or four or more.
In the fourth embodiment, the
図面中、1はスレーブ(通信用スレーブ)、2はマスタ、3H,3Lはバス(高電位側バス,低電位側バス)、4は送信バッファ、5は送信回路(送信手段)、6はスレーブ消費電流、7はセンス抵抗(消費電流検出手段,抵抗素子)、8は電流モニタ部(消費電流検出手段)、9は平滑化電流出力回路(平滑化手段)を示す。 In the drawings, 1 is a slave (communication slave), 2 is a master, 3H and 3L are buses (high potential side bus, low potential side bus), 4 is a transmission buffer, 5 is a transmission circuit (transmission means), and 6 is a slave. Consumption current, 7 is a sense resistor (consumption current detection means, resistance element), 8 is a current monitor unit (consumption current detection means), and 9 is a smoothing current output circuit (smoothing means).
Claims (7)
自身の動的な消費電流(6)を検出する消費電流検出手段(7,8,52)と、
前記マスタ側に配置され、前記バスを電流駆動して前記マスタに信号を送信するための送信手段(5)と、
前記消費電流検出手段と前記送信手段との間に配置され、前記消費電流検出手段により検出された動的な消費電流に対し逆相となる電流を発生させる平滑化手段(9)とを備えることを特徴とする通信用スレーブ。 In a communication slave (1, 21, 31, 41, 51) connected to a master (2) by a pair of high potential side and low potential side buses (3H, 3L) and operating with power supplied from the master. ,
Current consumption detecting means (7, 8, 52) for detecting its own dynamic current consumption (6);
A transmission means (5) disposed on the master side, for driving the bus in current and transmitting a signal to the master;
A smoothing unit (9) disposed between the consumption current detection unit and the transmission unit and configured to generate a current having a phase opposite to the dynamic consumption current detected by the consumption current detection unit; A slave for communication.
前記バスに流れる電流を検出することで、自身の下流側に接続されている通信用スレーブが送信した信号を受信する受信手段(7,23)と、
前記制御回路が前記送信手段を介して送信する信号のデータを格納するための送信バッファ(4)とを備え、
前記消費電流検出手段は、前記消費電流を検出し、
前記制御回路は、前記受信手段を介して前記下流側の通信用スレーブが送信した信号を受信すると、その受信信号データを前記送信バッファに一旦格納してから、前記受信信号を前記送信手段を介して自身の上流側に送信することを特徴とする請求項1記載の通信用スレーブ。 A control circuit (22) for controlling communication with the master;
Receiving means (7, 23) for receiving a signal transmitted by a communication slave connected to the downstream side thereof by detecting a current flowing through the bus;
A transmission buffer (4) for storing data of a signal transmitted by the control circuit via the transmission means;
The consumption current detection means detects the consumption current,
When the control circuit receives a signal transmitted by the downstream communication slave via the receiving means, the control circuit temporarily stores the received signal data in the transmission buffer, and then transmits the received signal via the transmitting means. The communication slave according to claim 1, wherein the communication slave transmits to the upstream side of the communication slave.
自身が送信するデータを前記送信バッファに格納している間に、下流側の通信スレーブが送信した信号を受信すると、自身の送信データに続いて前記受信信号のデータを前記送信バッファに格納してから、前記送信手段を介して送信することを特徴とする請求項2記載の通信用スレーブ。 If the control circuit does not receive the signal transmitted by the downstream communication slave while storing the data to be transmitted in the transmission buffer, the control circuit transmits the data immediately after the data is stored,
When a signal transmitted by a downstream communication slave is received while data to be transmitted is stored in the transmission buffer, data of the received signal is stored in the transmission buffer following its transmission data. 3. The communication slave according to claim 2, wherein transmission is performed via said transmission means.
Priority Applications (1)
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JP2015005003A JP6488710B2 (en) | 2015-01-14 | 2015-01-14 | Slave for communication |
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