JP2848235B2 - 半導体記憶装置用電源回路 - Google Patents

半導体記憶装置用電源回路

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JP2848235B2
JP2848235B2 JP3067094A JP3067094A JP2848235B2 JP 2848235 B2 JP2848235 B2 JP 2848235B2 JP 3067094 A JP3067094 A JP 3067094A JP 3067094 A JP3067094 A JP 3067094A JP 2848235 B2 JP2848235 B2 JP 2848235B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置用電源回
路に関し、特に電気的消去書込可能な不揮発性メモリ
(以下EEPROM)の消去/書込動作用の半導体記憶
装置用電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】EEPROMは、システムに組込んだま
ま外部パネルや遠隔操作で記憶情報の変更が可能である
などの特長から、広い分野に使用されるようになってき
ている。
【0003】EEPROMはセルに蓄えられた電荷によ
り情報を記憶するが、消去/書込における電荷の移動に
は高電界によるトンネル現象を利用している。セルへの
情報の書込は情報の内容に応じた電圧をセルの各ノード
に印加し、絶縁膜に加わる高電界により電荷を移動して
行われる(トンネル注入)。情報の消去は上記電界の方
向を反転するなどして蓄積された電荷を放出することに
より行われる。情報の読出は、情報対応の蓄積電荷によ
るセルトランジスタのしきい値の変化を利用する。
【0004】したがって、通常のメモリの動作電圧対応
の電源に加えて、セルの消去/書込に必要な上記高電界
生成用の高電圧供給用の昇圧電源を必要とする。一般
に、素子内部に通常電源電圧とこの昇圧電源電圧とを切
替るための電源制御回路を備える。
【0005】この種のEEPROMの動作として、情報
の読出時には上記制御回路は通常電源電圧を供給するよ
う動作し、したがって上記昇圧電源電圧が供給されな
い。一方、消去/書込時には、上記制御回路が上記昇圧
電源電圧を供給するよう動作してメモリセルおよび周辺
回路に供給する。
【0006】一般的な従来の消去/書込動作用の半導体
記憶装置用電源回路をブロック化して示す回路図である
図5を参照すると、この従来の半導体記憶装置用電源回
路は、外部から供給される昇圧電源VPを内部電源VI
に供給するための接続/遮断を行うトランスファ回路1
と、外部から供給される通常電源VCを内部電源VIに
供給するための接続/遮断を行うトランスファ回路2
と、所定の昇圧電圧CPを供給する昇圧回路3と、昇圧
に必要なパルス信号CKを供給する発振回路4と、昇圧
回路3に電圧VIを供給するための信号レベルをシフト
するレベルシフト回路5と、電源VCと電源VPとの電
位差を比較する比較回路6とを備える。
【0007】トランスファ回路1は、2つのN型エンハ
ンスメントトランジスタN11,N12が対向して形成
されたトランスファゲート回路であり、電圧vPがトラ
ンジスタN11のしきい値電圧vTNより大きい場合
に、このトランジスタN11が内部電源VIに電位(v
P−vTN)を供給する。また、トランジスタN12の
ゲートに(vP+vTN)以上の高電圧が印加された場
合に、電圧vPをそのまま内部電源VIに供給する。
【0008】トランスファ回路2は、N型デプレッショ
ントランジスタN21により形成され、それぞれゲート
電圧をvG、ドレイン電圧をvD、ソース電圧をvS、
しきい値電圧をvTDとすると、(vG−vD>vT
D),かつ(vG−vS>vTD)なる条件を満足した
ときのみ遮断状態となり、それ以外は導通状態となる。
【0009】昇圧回路3は、直列接続され各々ダイオー
ド接続されチャネルに不純物注入されていない(ノンド
ープ)N型トランジスタN31,N32と、N型エンハ
ンスメントトランジスタN33と、P型エンハンスメン
トトランジスタP31と、ツェナーダイオードD31
と、トランジスタN31,N32の直列接続点A1に接
続された容量C31とを備える。
【0010】トランジスタP31は、レベルシフト回路
5から供給される信号S1で制御され、この信号S1が
LレベルであればトランジスタN31に電源VIを供給
し、Hレベルであれば供給しない。トランジスタN3
1,N32はノンドープであるためそのしきい値電圧は
ほぼ−0.3Vでありとなる。トランジスタN31,N
32の各々のゲートはそれぞれ電源VI側の電極すなわ
ちドレインに接続されており、それぞれのドレインの電
位レベルがソースの電位レベルより高い場合にこれらト
ランジスタN31,N32は導通し、逆の場合には導通
しない。また、容量C31は、パルス信号CKの供給に
応答して、直列接続点A1の電位を上昇あるいは下降さ
せる。したがって、出力信号である昇圧電圧CPの電位
vCPの最大値は内部電源VIの電圧vIにパルス信号
CKの振幅を加算したものとなる。この電位vCPはツ
ェナーダイオードD31により、降伏電圧を越えないよ
うに制限される。また、トランジスタN33は比較回路
6から供給される信号BVのHレベルに応答して昇圧電
圧CPをディスチャージする。
【0011】発振回路4は、NORゲートG41と、イ
ンバータI41,I42と、抵抗R41と、容量C41
とから成る。
【0012】発振回路4の動作は、入力信号BVがHレ
ベルのときは発振を停止しパルス信号CKが停止してそ
の電位レベルをLレベルとし、信号BVがLレベルのと
きは発振を開始してパルス信号CKを供給する。
【0013】レベルシフト回路5は、P型エンハンスメ
ントトランジスタP51,P52と、N型エンハンスメ
ントトランジスタN51,N52と、インバータI51
とから成る。
【0014】このレベルシフト回路5の機能は、BVの
レベルを電圧vCのレベルから電圧vIのレベルにシフ
トすることである。したがって、信号BVがLレベルの
ときはレベルシフト信号S1はLレベルとなり、Hレベ
ルのときは電圧vIのレベルとなる。
【0015】比較回路6は、ドレインおよびゲートが電
源VPに接続されたN型ノンドープトランジスタN61
と、ゲートが電源VCに接続されソースがトランジスタ
N61のソースに接続されたP型エンハンスメントトラ
ンジスタP61と、ゲートが電源VCに接続されドレイ
ンがトランジスタP61のドレインに接続されたN型エ
ンハンスメントトランジスタN62と、インバータI6
1とから成る。
【0016】動作について説明すると、電圧vPが電圧
vCと比較して十分大きくなった場合、トランジスタP
62が導通し、インバータI61の入力はHレベルとな
る。したがって、比較信号BVはLレベルとなる。反対
に、電圧vPが設定レベル以下に低下すると、トランジ
スタP62が遮断し、インバータI61の入力はLレベ
ルとなるので、比較信号BVはHレベルとなる。
【0017】次に、図5および動作時の各電源の電位状
態を示す図6および表1を参照して、従来の半導体記憶
装置用電源回路の動作について説明すると、内部電源V
Iに供給される電源電圧は、電源VCおよび電源VPの
電位レベルによって変化する。電源VCの電圧vCはV
l(約0〜2V)およびVh(約5V)の2値であり、
電源VPの電圧vPはVl(約0〜2V),Vh(約5
V)およびVhh(約12V)の3値である。電源VC
および電源VPの値の組合せにより、図6および表1に
示すように、状態A,状態B,状態C,状態D,状態
E,および状態Dの6通りの状態が起り得る。
【0018】
【表1】
【0019】状態A〜状態Fの各々の動作について説明
すると、まず、状態Aの場合には、電圧vPは電圧vC
と比較して低いので、比較回路6が出力する比較信号B
VはHレベルとなる。これにより、トランスファ回路2
のトランジスタN21は導通状態となり、内部電源VI
に電圧vCを供給する。このとき、発振回路4は信号B
VのHレベルに応答して発振を停止し信号CKをLレベ
ルとする。また、レベルシフト回路5は、電圧vPが電
圧vCであるので、出力信号S1はHレベルとなる。こ
の結果、昇圧回路3は、信号S1がHレベル、信号CK
がLレベルであるので、出力信号CPはLレベルのまま
にとどまる。したがって、内部電源VIに対しては、ト
ランスファ回路1は電源VPを遮断し、トランスファ回
路2が電源VCを供給する。
【0020】次に、状態Bでは、電圧vPが電圧vCと
等しいため、信号BVはHレベルであり、したがって、
状態Aと同様の動作、すなわち、内部電源VIに対し電
源VCを供給する動作を行う。
【0021】次に、状態Cは、電圧vP=Vhh、電圧
vC=Vhの状態であり、比較信号BVはLレベルとな
る。これにより、トランスファ回路1のトランジスタN
11は、内部電源VIに電位(vP−vTN)を供給す
る。このとき、発振回路4は信号BVのLレベルに応答
して発振を開始しパルス信号CKを供給する。また、レ
ベルシフト回路5は、Lレベルの信号BVの供給に応答
して出力信号S1はLレベルとなる。したがって、昇圧
回路3には、電圧vPが供給されパルス信号CKの供給
に応答して出力として昇圧電圧CPを供給する。この昇
圧電圧CPの電位が(vP+vTN)を越えると、トラ
ンジスタN12が導通し電圧vPが内部電源VIにその
まま供給され、電圧vIが電圧vPと等しくなる。
【0022】次に、状態D,E,およびFは、それぞれ
電源VCの電圧vCがVlの場合であり、電源VCを用
いた各回路すなわち発振回路4、レベルシフト回路5、
および比較回路6は正常動作を行わない。この結果、発
振回路4のパルス信号CKと比較回路6の出力信号BV
が不安定となる。また、レベルシフト回路5の出力信号
S1は電圧vIにより変化し、その信号レベルはトラン
ジスタP51,P52のしきい値をvTPとすると(v
P−vTP)となる。
【0023】状態D,Eの場合、トランスファ回路1の
トランジスタN11が導通し、状態Cと同様に内部電源
VIに電位(vP−vTN)を供給する。しかし、トラ
ンスファ回路2のN型デプレッショントランジスタN2
1は、上述の非導通条件を満足していないので導通状態
となる。すると、内部電源VIから電源VCに対して本
来遮断されるべき電流すなわちリーク電流が流入する。
この結果、図6の破線で示すように、電圧vIは、トラ
ンジスタN11とN21との導通抵抗の分割比により決
定される不定な電圧となる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
記憶装置用電源回路は、通常動作電源電圧と消去/書込
用の昇圧電源電圧とのいずれか一方を選択的に内部電源
に供給するための切替回路を備えているが、上記通常動
作電源電圧が低電位状態の場合には、上記内部電源から
上記通常動作電源に対する制御不能な電流すなわちリー
ク電流が生じ、内部電源が不定になるという欠点があっ
た。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
用電源回路は、通常動作用の第1の電源電圧を内部電源
回路に供給するための第1のスイッチ回路と、消去書込
動作用の第2の電源電圧を前記内部電源回路に供給する
ための第2のスイッチ回路と、前記内部電源回路の第3
の電源電圧とパルス信号との供給を受け予め定めた昇圧
信号を発生する昇圧回路と、前記昇圧回路に前記パルス
信号を供給するパルス発振回路と、前記第1および第2
の電源電圧を比較し前記第1のスイッチ回路の制御用の
第1のスイッチ制御信号を発生する電圧比較回路とを備
える半導体記憶装置用電源回路において、前記第1の電
源電圧が予め定めた基準電圧を越えたことを検出して
ベル判定信号を発生する電圧判定回路と、 前記レベル判
定信号の振幅レベル範囲を変換して予め定めた振幅レベ
ル範囲の前記第2のスイッチ回路の制御用の第2のスイ
ッチ制御信号を生成するレベル変換回路とをさらに備
、前記パルス発振回路が、前記レベル判定信号のレベ
ルに応答して前記パルス信号の発生及び停止を制御する
発振制御回路を備えて構成されている。
【0026】
【実施例】次に、本発明の第1の実施例を図5と共通の
構成要素を共通の参照文字/参照数字を付して1部をブ
ロックで示す回路図である図1を参照すると、この図に
示す本実施例の半導体記憶装置用電源回路は、トランジ
スタN11のゲートに信号CVが供給される他は従来と
同様のトランスファ回路1,2と、昇圧回路3と、レベ
ルシフト回路5と、比較回路6とに加えて、発振回路4
の代りに信号BVと判定信号CVとの論理演算用のNA
NDゲートG42とインバータI43が付加された発振
回路4Aと、電源電圧vCの電圧vCを判定しレベル判
定信号CVを出力するレベル判定回路7と、信号CVの
振幅レベル範囲を接地電位G〜電圧vCから電位G〜電
圧vPに変換しレベル変換信号CVをトランスファ回路
1のトランジスタN11のゲートに供給するするレベル
変換回路8とを備える。
【0027】レベル判定回路7は、直列接続され各々ダ
イオード接続されチャネルに不純物注入されないノンド
ープ構造のN型およびP型トランジスタN71,P71
と、N型エンハンスメントトランジスタN72と、イン
バータI71と、抵抗R71,R72とから成り、トラ
ンジスタN71,P71のしきい値により設定された電
源VCの電圧vCの設定値に対する高低を判定して信号
CVを出力する。上述のように、トランジスタN71,
P71はノンドープ構造であるので、それらのしきい値
はドーピングに起因するばらつきが除去され、公知のよ
うにそれぞれ約−0.3V,−2.3Vとなる。さらに
直列接続されているので両者の合成しきい値は電源VC
に対して約2Vとなる。すなわち、電圧vCが上記設定
値すなわち2Vより低下した場合には、トランジスタN
71,P71は非導通状態となり、トランジスタP72
のゲート入力がLレベルとなる。したがって、レベル判
定信号CVはLレベルとなる。逆に、電圧vCが上記設
定値(2V)より上昇した場合には、トランジスタN7
1,P71は導通状態となり、トランジスタP71の接
地側の抵抗R71の抵抗値がこれらトランジスタN7
1,P71のオン抵抗よりも相当大きく設定してあるの
で、トランジスタP72のゲート入力がHレベルに、し
たがって、レベル判定信号CVがHレベルとなる。
【0028】レベル変換回路8は、ゲートが信号CVの
供給を受けソースが接地に接続されたN型エンハンスメ
ントトランジスタN81と、ソースが電源にゲートがト
ランジスタN81のドレインにそれぞれ接続されたP型
エンハンスメントトランジスタP81と、一方が電源V
Pに他方がトランジスタN81のドレインにそれぞれ接
続された抵抗R81と、一方が接地に他方がトランジス
タP81のドレインにそれぞれ接続された抵抗R82と
から成る。信号CVのレベルがLレベルならば、出力信
号S2はLレベルとなり、信号CVのレベルがHレベル
ならば、出力信号S2のレベルは電圧vPとなる。
【0029】次に、図1および動作時の各電源の電位状
態を示す図2および表2を参照して本実施例の動作につ
いて説明すると、これら図2および表2に示す状態A〜
状態Fの条件は上述の従来の技術の例の場合と同様であ
る。また、図2において信号BVおよび信号CKは従来
と同一であるので、記載を省略してある。
【0030】
【表2】
【0031】状態A〜状態Fの各々の動作について説明
すると、まず、状態Aの場合には、電圧vCがVhであ
るので、レベル判定信号CVはHレベルとなる。一方、
電圧vPのレベルはVlであるので、レベル変換回路8
の出力信号S2はLレベルとなる。したがって、トラン
スファ回路1のトランジスタN11は遮断状態であり、
トランスファ回路2のトランジスタN21を経由して電
源VCが内部電源VIに供給される。
【0032】次に、状態Bでは、レベル変換信号S2の
レベルが電圧vPとなり、トランジスタN11のゲート
を電源VPに接続した従来の回路と同一になる。その他
は、状態Aと同様の動作、すなわち、内部電源VIに対
し電源VCを供給する動作を行う。
【0033】次に、状態Cは、従来の回路と同一の動作
を行い、トランジスタN12が導通し電圧vPが内部電
源VIにそのまま供給され、電圧vIが電圧vPと等し
くなる。
【0034】次に、状態Dの場合は、レベル判定信号C
VはLレベルとなるので、レベル変換信号S2もLレベ
ルとなる。したがって、発振回路4は発振を停止しパル
ス信号CKはLレベルとなり、昇圧回路3は内部電源V
Iを昇圧しないため、トランジスタN12は導通しな
い。この結果、電源VPと内部電源VIとの間の導通経
路が遮断され、電源VPから電源VCに対するリーク電
流が防止される。
【0035】次に、状態Eでも、信号S2のレベルがL
レベルに保持されているので、状態Dと同様に、電源V
Pから電源VCに対するリーク電流が防止される。
【0036】本発明の第2の実施例を図1と共通の構成
要素を共通の参照文字/参照数字を付して1部をブロッ
クで示す回路図である図3を参照すると、この図に示す
本実施例の前述の第1の実施例に対する相違点は、トラ
ンスファ回路2の代りに基板電位に内部電源VIを接続
したP型エンハンスメントトランジスタP21から成る
トランスファ回路2Aと、比較回路6の代りに設定電位
より外部電源電圧vPが高い場合は電圧vPに低い場合
はLレベルにそれぞれ設定される比較信号BPと設定電
位より外部電源電圧vPが高い場合はLレベルに低い場
合は電圧vPにそれぞれ設定される比較信号BVとをそ
れぞれ出力する比較回路6Aとを備えることである。
【0037】比較回路6Aは、比較回路6のトランジス
タN61と、トランジスタP61と、トランジスタN6
2とに加えて、トランジスタN63と、トランジスタP
62と、インバータI62と、トランジスタN63,P
62の各々の負荷である抵抗R61,R62とをさらに
備える。
【0038】
【表3】
【0039】信号BPと内部電源電圧vI以外は第1の
実施例と同様であるので記載を省略した動作時の各電源
の電位状態を示す図4および表3を参照して本実施例の
動作について説明すると、状態A,Bは、電圧vPのレ
ベルが低いので、信号BPのレベルはLレベルとなり、
電圧vIはvCとなる。
【0040】状態C,Dは、電圧vPのレベルが高いの
で、信号BPのレベルは電圧vPとなり、状態Cでは電
圧vIはvCに、状態Dでは電源VIに電圧vP,vC
のいずれも供給されない。
【0041】また、状態Eでは、電圧vPのレベルが低
いが、電圧vCのレベルも低いので信号BPは電圧vC
となり、状態Dと同様に、電源VIに電圧vP,vCの
いずれも供給されない。
【0042】状態Fでは、状態A,Bと同様に信号BP
のレベルはLレベルとなり、電圧vIはvCとなる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体記
憶装置用電源回路は、通常動作用の電源電圧が基準電圧
を越えたことを検出してレベル判定信号を発生する電圧
判定回路を備え、さらに発振回路がレベル判定信号のレ
ベルに応答してパルス信号の発生及び停止を制御する発
振制御回路を備えるので、上記通常動作電源電圧が低電
位状態の場合には、低電圧判定信号を供給してトランス
ファ回路を制御することにより、内部電源から上記通常
動作電源に対するリーク電流の発生を防止して上記内部
電源電圧の不定要因を除去して動作を安定化させるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置用電源回路の第1の実
施例の一部をブロックで示す回路図である。
【図2】本実施例の半導体記憶装置用電源回路における
動作の一例を示す各信号レベルの状態図である。
【図3】本発明の半導体記憶装置用電源回路の第2の実
施例の一部をブロックで示す回路図である。
【図4】本実施例の半導体記憶装置用電源回路における
動作の一例を示す各信号レベルの状態図である。
【図5】従来の半導体記憶装置用電源回路の一例を示す
回路図である。
【図6】従来の半導体記憶装置用電源回路における動作
の一例を示す各信号レベルの状態図である。
【符号の説明】
1,2,2A トランスファ回路 3 昇圧回路 4,4A 発振回路 5 レベルシフト回路 6,6A 比較回路 7 レベル判定回路 8 レベル変換回路 C31,C41 容量 D1 ダイオード G41,G42 論理ゲート I41〜I43,I51,I61,I62,I71
インバータ N11,N12,N21,N31〜N33,N51,N
52,N61〜N63N71,N72,,N81,P3
1,P51,P52,P61,P62,P72,P81
トランジスタ R41,R71,R72,R81,R82 抵抗

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常動作用の第1の電源電圧を内部電源
    回路に供給するための第1のスイッチ回路と、消去書込
    動作用の第2の電源電圧を前記内部電源回路に供給する
    ための第2のスイッチ回路と、前記内部電源回路の第3
    の電源電圧とパルス信号との供給を受け予め定めた昇圧
    信号を発生する昇圧回路と、前記昇圧回路に前記パルス
    信号を供給するパルス発振回路と、前記第1および第2
    の電源電圧を比較し前記第1のスイッチ回路の制御用の
    第1のスイッチ制御信号を発生する電圧比較回路とを備
    える半導体記憶装置用電源回路において、 前記第1の電源電圧が予め定めた基準電圧を越えたこと
    を検出してレベル判定信号を発生する電圧判定回路と、 前記レベル判定信号の振幅レベル範囲を変換して予め定
    めた振幅レベル範囲の前記第2のスイッチ回路の制御用
    の第2のスイッチ制御信号を生成するレベル変換回路
    をさらに備え 前記パルス発振回路が、前記レベル判定信号のレベルに
    応答して前記パルス信号の発生及び停止を制御する発振
    制御回路を備える ことを特徴とする半導体記憶装置用電
    源回路。
  2. 【請求項2】 前記電圧判定回路が、ゲートとドレイン
    とを接続しソースを第1の電源電圧に接続しチャネルに
    不純物注入されないノンドープ構造の第1の導電型の第
    1のトランジスタと、 ゲートとドレインとを接続しドレインを前記第1のトラ
    ンジスタのドレインにソースを一端が第4の電源電圧に
    接続された第1の抵抗の他端にそれぞれ接続した前記ノ
    ンドープ構造の第2の導電型の第2のトランジスタと、 ドレインを一端が前記第1の電源電圧に接続された第2
    の抵抗の他端にゲートを前記第2のトランジスタのソー
    スにソースを前記第4の電源電圧にそれぞれ接続した第
    の導電型の第3のトランジスタと、 入力端を前記第3のトランジスタのソースに接続したイ
    ンバータとを備え、 前記第1の電源電圧が前記第1及び第2のトランジスタ
    の各々のしきい値を合成した合成しきい値を超えたとき
    前記レベル判定信号を発生することを特徴とする請求項
    1記載の半導体記憶装置用電源回路。
  3. 【請求項3】 前記第1のスイッチ回路がゲートに前
    記第1のスイッチ制御信号の供給を受ける第1の導電型
    のデプレッション型の第3のトランジスタを備えること
    を特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置用電源回
    路。
  4. 【請求項4】 前記第2のスイッチ回路が並列接続さ
    れた第1の導電型のエンハンスメント型の第1および第
    2のトランジスタを備え、 前記第1のトランジスタのゲートが前記第2のスイッチ
    制御信号の供給を受け、前記第2のトランジスタのゲー
    トが前記昇圧信号の供給を受けることを特徴とする請求
    項1記載の半導体記憶装置用電源回路。
  5. 【請求項5】 前記電圧比較回路が、ドレイン及びゲー
    トを第2の電源電圧に接続した第2の導電型の第1のト
    ランジスタと、 ソースを前記第1のトランジスタのソースにゲートを第
    1の電源電圧にそれぞれ接続した第1の導電型の第2の
    トランジスタと、 ドレインを前記第2のトランジスタのドレインにゲート
    を前記第2のトランジスタのゲートにそれぞれ接続した
    第2の導電型の第3のトランジスタと、 ドレインを一端が前記第2の電源電圧に接続された第1
    の抵抗の他端にゲートを前記第2のトランジスタのドレ
    インにソースを前記第4の電源電圧にそれぞれ接続した
    第2の導電型の第4のトランジスタと、 ドレインを一端が前記第4の電源電圧に接続された第2
    の抵抗の他端にゲートを前記第のトランジスタのドレ
    インにソースを前記第2の電源電圧にそれぞれ接続した
    第1の導電型の第5のトランジスタと、 入力端を前記第5のトランジスタのドレインに接続し前
    記昇圧回路と前記パルス発振回路とに供給する第3のス
    イッチ信号を発生するインバータと備えることを特徴と
    する請求項1記載の半導体記憶装置用電源回路。
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