JP3165101B2 - 多値式半導体メモリ装置およびその不良救済方法 - Google Patents

多値式半導体メモリ装置およびその不良救済方法

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JP3165101B2 JP05352398A JP5352398A JP3165101B2 JP 3165101 B2 JP3165101 B2 JP 3165101B2 JP 05352398 A JP05352398 A JP 05352398A JP 5352398 A JP5352398 A JP 5352398A JP 3165101 B2 JP3165101 B2 JP 3165101B2
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  • Techniques For Improving Reliability Of Storages (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多値式半導体メモ
リ装置およびその不良救済方法に関する。
【0002】
【従来の技術】生産時の歩留まり向上を計るため、不良
ビットの救済としてECC(Error Correc
ting Code)回路を内臓する半導体記憶装置が
多く提案また採用され、量産において大いに寄与してい
る。また一方、大容量メモリへの要求は高く、1メモリ
セルに2ビットの情報を書き込み従来のメモリセルの倍
の容量を持たせようとする多値方式のメモリ装置も多く
提案されている。
【0003】従来の多値式メモリにおける不良ビット救
済方式として、ECC回路を用いた一例のブロック図
を、図6に示す。この図において、本セル5は多値方式
としてデータが書き込まれており、ここでは1メモリセ
ルに2ビットの情報を書き込んでいるものとする。この
書き込み方式としては従来からいくつかの方法が開示さ
れており、ここでは、メモリセルの閾値レベルを調整し
ているものとする。具体的にこの2ビットのデータは1
出力ビットに対して2ワード分のデータとし、ラッチ回
路1に保持されたデータをページ切替信号pにより選択
され、データが出力される。
【0004】一方、ECCセル7においても多値方式と
してデータが書き込まれており、このECCセル7に書
き込まれるデータは、ハミング方式として良く知られて
いるECC方式に従い、データが書き込まれている。一
般に、nビットのデータ長に対して1ビットの誤り検出
および訂正をするために必要なパリティビットの数P
は、式(1)にて表される。
【0005】2P ≧(n+1) ………(1) 例えば、4ビットの出力データ長のうち1ビットの誤り
検出および訂正に要するパリティビットの数は3ビット
となる。
【0006】ここで、図6を参照してこの回路の動作に
ついて説明をする。本セル5は2つのセンスアンプ4に
よりメモリセルに書き込まれた多値レベルを3データ線
で読み出し、この3データを2値変換回路3に送り、こ
の2値変換回路3においてそれぞれ2ビットのデータに
変換される。今訂正を行うべきビット長は4ビットであ
り、このためには3ビットのパリティが必要である。そ
のためECCセル7は、本セル5と同様2つのセンスア
ンプを持ち、2値変換回路3により4ビットのデータが
出力される。この時1出力データは不要データとなる。
本セル5の変換データ4ビットとECCセル7の変換デ
ータ3ビットとをECC回路6に入力し、誤り検出を行
い誤り訂正信号を発生する。誤り訂正信号は、おのおの
の出力に対応する誤り訂正回路2に入力し、誤りが検出
された出力ビットのデータのみを訂正し、全てのデータ
がラッチ回路1にて保持される。
【0007】次に、この回路に用いられている2値変換
回路3、訂正回路2、ECC回路6について、それぞれ
図7、図8、図9により説明する。2値変換回路3の一
例として、図7(a),(b)に4値レベルを2値デー
タ変換する多値レベル/2値データの対応を示す図およ
びその変換回路の回路図を示す。
【0008】メモリセルの閾値を制御してデータを書き
込み、2ビットのデータを書き込む場合、図7(a)の
ように、基準電圧Vt0,Vt1,Vt2,Vt3に対
して、ゲート電圧Vg1〜Vg3が、Vt0<Vg1<
Vt1<Vg2<Vt2<Vg3<Vt3なる関係のも
と3つのゲート電圧レベルVgを順次与える。
【0009】まずゲート電圧Vg1が加わった場合、基
準電圧Vt0で書き込まれているセルはオン状態となる
が、それ以外の閾値で書き込まれているセルは、この段
階においてはオフ状態となる。次に、ゲート電圧Vg2
なるレベルに変化した場合、基準電圧Vt0,Vt1で
書き込まれているセルはオン状態となるが、それ以外の
閾値で書き込まれているセルはオフ状態となる。また、
ゲート電圧Vg3のレベルに変化した場合も同様な状態
で基準電圧Vt3で書き込まれたセル以外はすべてオン
状態となる。ここで図7(a)は、この状態と出力ビッ
トのデータとの対応関係を示しており、センスアンプ4
によりメモリセルの多値レベルを3データ線(1〜3)
で読み出し、2値変換回路3により2ビットの上位、下
位データに変換される。すなわち、データ線1〜3が全
て0のときは上位、下位データが00、データ線1〜3
が100のときは上位、下位データが01、…データ線
1〜3が111のときは上位、下位データが11とな
る。
【0010】この場合の2値変換回路3は、図7(b)
のように、インバータ35、NAND回路36〜38に
より構成され、データ2は下位データとなり、データ
1,3とデータ2、その反転出力とのNAND36〜3
8をとった論理出力が上位データとなっている。
【0011】また、訂正回路2は、図8の回路図よう
に、エクスクルーシブOR(EOR)20から構成さ
れ、このEOR20の一方の入力にECC回路6からの
訂正信号D1,2が入力され、他方の入力に2値変換回
路3からのデータが入力され、訂正信号D1,2が1の
場合に入力データが反転して出力され、訂正信号D1,
2が0の場合に入力データがそのまま出力される。
【0012】さらに、ECC回路6は、図9の回路図の
ように、パリティデータ0〜2と、センスアンプ4
(0,1)の上位、下位データとのOR論理をとるOR
101〜103と、これらOR出力とこれら出力をイン
バータ104〜110を介した出力とのNANDをとる
NAND111〜114と、これらNAND111〜1
14の出力とセンスアンプ4(0,1)の上位、下位デ
ータとのORをとるOR115〜118とからなり、O
R115〜118の出力が訂正出力となる。
【0013】以上説明した多値式メモリの動作タイミン
グは、図10の動作波形図に要約される。まず、データ
が直接出力される下位データ、下位パリティデータが入
力され、上位データ、上位パリティデータが2値変換回
路3から入力された時点t11で、訂正信号が出力され
(t12)、訂正回路2からの訂正出力テータが得られ
(t13)、その出力によりラッチコントロール信号P
が出力され、その終了時点(t14)が上位/下位デー
タのラッチタイミングとなる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上述した多値式メモリ
においては、多値式メモリのデータ変換時のタイミング
に問題がある。すなわち、従来例のようにメモリセルの
閾値を制御してデータを書き込み、2ビットのデータを
書き込む場合、Vt0<Vg1<Vt1<Vg2<Vt
2<Vg3<Vt3なる関係のもと3つのレベルVgを
順次与えているが、多値式メモリにおいては上記3状態
の変化をセンスアンプ4で検出し、2値変換回路3で2
ビットのデータに変換しなければならないため、全ての
データが確定する時点(図10のt11)まで外部への
出力ができず、またECC回路2による誤り訂正もでき
ない。そのためアクセス時間が遅いという欠点がある。
【0015】また、ECC回路2による不良ビット救済
方式を、この多値式メモリに適用した場合、通常のセル
方式と比較して救済率が低下するという問題がある。そ
の理由は、通常の1ビット/1セル方式のメモリセルで
は、メモリセル1ビットに対し読み出されるデータが
“1”か“0”かのいずれか1つであり、不良メモリセ
ルが1つの場合は、仮に1ビットが不良となったとして
も、ECC回路により誤り訂正が可能である。これに対
し多値式メモリでは、1メモリセルで不良が発生した場
合、1メモリセルより読み出されるデータは複数あり、
1個のメモリセルが不良の場合でも読み出したデータが
複数不良となることがあり、ECC回路2による不良ビ
ット救済ができない場合がある。
【0016】本発明の目的は、これらの問題を解決し、
アクセス時間を早くすると共に、ECC回路による不良
ビット救済を可能とした多値式半導体メモリ装置および
その不良救済方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、1つの
メモリセルに記憶した電圧値を複数の基準電圧レベルに
より判定して出力データとする複数の記憶手段を持つ多
値式メモリと、前記多値式メモリからのデータを2値デ
ータに変換する2値変換回路と、前記2値変換回路から
複数のデータを入力し複数のデータ出力しこれら複数の
出力データのうち1つの誤りを検出するECC回路と、
前記ECC回路の出力により前記誤りデータを正規のデ
ータに訂正する訂正回路とを含む多値式半導体メモリ装
置において、前記1メモリセルに書き込まれた複数のデ
ータを上位データ群と下位データ群とに分割し、その下
位データ群を最初に読み出す記憶・変換手段と、前記複
数の下位データ群および複数の上位データ群ごとに分割
して誤り検出および訂正を行う不良救済回路を備えるこ
とを特徴とする。
【0018】本発明において、前記上位データ群および
下位データ群の不良救済回路が、個別に設けられ、また
前記上位データ群および下位データ群の不良救済回路
が、前記複数の下位データ群および複数の上位データ群
ごとに分割して設けられることができ、さらに、前記2
値変換回路が、電圧レベルのデータを電圧順にグレイコ
ードに変換する回路からなることができる。
【0019】また、本発明の他の構成は、1つのメモリ
セルに記憶した電圧値を複数の基準電圧レベルにより判
定して出力データとする複数の記憶手段を持つ多値式メ
モリと、前記多値式メモリのデータを2値データに変換
する2値変換回路と、前記2値変換回路から複数のデー
タを入力し複数のデータ出力しこれら複数の出力データ
のうち1つの誤りを検出するECC回路と、前記ECC
回路の出力により前記誤りデータを正規のデータに訂正
する訂正回路とを含む多値式半導体メモリ装置の不良救
済方法において、前記1メモリセルに書き込まれた複数
のデータを上位データ群と下位データ群とに分割し、そ
の下位データ群を最初に読み出し、次に上位データ群を
読み出し、これら下位データ群および上位データ群ごと
にそのデータ出力順にそれぞれ誤り検出および訂正を行
うことを特徴とする。
【0020】さらに、その不良救済方法の構成におい
て、前記上位データ群および下位データ群をそれぞれ独
立させて制御信号により切り換え、前記下位データ群の
不良救済を行ったのち、前記上位データ群の不良救済を
行い、各々の不良救済回路を共通に使用するようにでき
る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態
のブロック図であり、図2〜図4は従来例と対比して図
1を説明する図で、図2(a)(b)は図1の多値レベ
ルを2値データ変換する多値レベル/2値データの対応
を示す図およびその2値変換回路3の回路図、図3は図
1のECC回路の一例の回路図、図4は図1の動作を説
明する動作波形図を示す。本実施形態では、従来例のE
CC回路6に代わって上位データ用ECC回路61、下
位データ用ECC回路62が用いられ、また訂正回路2
を訂正回路21〜24と、ラッチ回路1をラッチ回路1
1,12と、出力回路8を出力回路81,82としてい
る。
【0022】本実施形態においては、多値として、図2
(a)に示すように、その四つの閾値状態に対して出力
データの割付を行っている。ここでは、各閾値に対する
出力データの上位・下位データを従来例の図7(a)の
場合と入れ替えている。すなわち、ゲート電圧レベルV
g1のときVt0の閾値を持つメモリセルとVt1〜V
t3の閾値を持つメモリセルとで0,1が判別され、ゲ
ート電圧レベルVg2のときVt0、Vt1の閾値を持
つメモリセルとVt2、Vt3の閾値を持つメモリセル
とで0,1が判別され、ゲート電圧レベルVg3のとき
Vt0〜Vt2の閾値を持つメモリセルとVt3の閾値
を持つメモリセルとで0,1が判別される。
【0023】従って、ゲート電圧レベルVg1〜Vg2
〜Vg3を順次変化させる場合において、ゲート電圧レ
ベルがVg2のときVt0、Vt1の閾値を持つメモリ
セルとVt2、Vt3の閾値を持つメモリセルとで0と
1が判別でき、この出力をそのまま下位データとして適
用することができ、Vg3の閾値レベルになる前にデー
タ出力が可能な状態にすることができる。この実施形態
のコードはグレイ(Gray)コードに相当するもので
ある。
【0024】ECC回路61,62におけるパリティビ
ットにおいては、従来各出力ビットの上位・下位データ
同士の排他的論理和よりパリティビット、すなわちEC
Cセル7にデータの書 き込みを行い、ECC回路6に
て誤り検出を行っていたが、本実施形態においては、各
出力ビットの上位データ同士の排他的論理及び、各出力
ビットの下位データ同士の排他的論理和結果を1つのE
CCセル7に書き込むことにより構成される。
【0025】さらに、本実施形態の不良救済方法では、
ECC回路を上位・下位データ別に設け救済を行ってい
る点が従来例と基本的に違い、図1では上位データ用E
CC回路62と下位データ用ECC回路61とにより、
各ECC回路61,62で独立に不良救済出来る構成と
なっている。
【0026】図2(a)に従って、メモリセルのゲート
電圧Vg1がすでに与えられデータ確定の状態からVg
2のレベルへ変化した場合、下位のデータが2値変換回
路3より出力され、また同様にして、下位パリティも決
定される。各々の信号は下位データ用ECC回路61に
入力し、誤り訂正信号D10t、D20tを出力とし、
各出力ビットD1,D2の下位データを訂正するための
訂正回路21、23に入力される。ここで仮にD1の下
位データに誤りが検出された場合D10tが選択され、
訂正回路21によりこのデータのみが訂正される。
【0027】その後Vg2のレベルがVg3に変化する
と、ここで3状態が確定し上位データを確定することが
できる。同様にして上位パリティーも確定し、上位デー
タ用ECC回路により誤り訂正信号D11t、D21t
を出力とし、各出力ビットD1,D2の上位データを訂
正することができる。
【0028】ここで誤り訂正について説明する。例え
ば、メモリセル5に書き込まれるべき閾値がVt1だと
する。これが拡散上の問題から閾値レベルが下がりVt
0のレベルに下がったとする。メモリセルのゲート電圧
がVg2のとき、図2(a)に従えば0が出力され、こ
れが出力データ下位データの値0と一致するため、EC
C回路では不良と判別しない。さらにゲート電圧がVg
3のレベルに変化し、3状態が確定され0が出力される
と、ここでは上位用ECC回路により誤りと判定され、
0を1に書き換え正常な出力に訂正することができる。
【0029】また、メモリセルに書き込まれるべき閾値
がVt3であるが、メモリセルが何らかの原因で破壊な
ど起こし、リーク状態に至っているような場合、ゲート
電圧がVg2のレベルにおいて0が出力判定されるが、
下位用ECC回路により誤り判定され、正常な1に訂正
を行う。また、Vg3のレベルで3状態が確定した場
合、同様に0が出力判定されるが、上位用ECC回路に
より正常な1に訂正を行うことができる。
【0030】本実施形態の2値変換回路3は、図2
(b)のように、1個のEOR30により構成でき、デ
ータ2は下位データとしてそのまま出力され、データ
1,3の排他的論理和出力が上位データとして出力され
る。また、ECC回路61,62は、図3の回路図のよ
うに、パリティデータ0,1と、センスアンプ4(0,
1)の上位、下位データとのOR論理をとるOR91,
92と、これらOR出力とこれら出力をインバータ9
3,94を介した出力とのNANDをとるNAND9
5,96と、これらNAND95,96の出力とセンス
アンプ(0,1)の上位、下位データとのORをとるO
R97,98とからなり、OR97,98の出力が訂正
出力となる。
【0031】本実施形態の動作タイミングは、図4の動
作波形図に要約される。まず、入力タイミングt1で、
2値変換回路3から下位データ、下位パリティデータが
入力され、訂正信号が時点t2で出力されると、時点t
3で訂正回路2からの訂正出力テータが得られ、その出
力により下位データ用ラッチコントロール信号p1が出
力され、その終了時点t4が下位データのラッチタイミ
ングとなる。次に、上位データ、上位パリティデータが
2値変換回路3から入力された時点t5で、訂正信号が
出力され(t6)、訂正回路2からの訂正出力テータが
得られ(t7)、その出力により上位データ用ラッチコ
ントロール信号p2が出力され、その終了時点(t8)
が上位データのラッチタイミングとなる。
【0032】このように本実施形態では、まず下位デー
タ、下位パリティデータがセンスアンプ4を介して2値
変換回路3からECC回路61に供給されるが、2値変
換回路3がスルーであり、実質的にセンスアンプ4から
直接ECC回路61に供給されるので、先にデータが確
定している。そのため、この時間を利用して下位デー
タ、下位パリティデータ側を先にECC救済し、その後
上位データ、上位パリティデータ側のデータが確定して
から、これら上位データ、上位パリティデータのECC
救済を実施している。そのため下位データ、上位データ
とも読出しが全て終了してからECC救済を行う従来例
よりも、先に下位データを出力することが出来る。例え
ば、ある多値半導体メモリでは200〜300nsその
読出し時間が短縮されるという改善がなされた。
【0033】図5は本発明の第2の実施形態のブロック
図を示す。図1では、従来例の図6の場合よりECC回
路規模が大きくなり、そのため上位、下位データの不良
データを検出するECC回路6をECC回路63の入力
を上位下位切換回路10A,Bで下位データか上位デー
タのみに切換えることにより共用し、訂正回路2で不良
と検出されたデータを訂正し、その後データをラッチコ
ントロール信号P1で下位データの訂正回路2の出力を
ラッチし、上位データはラッチコントロール信号P2で
ラッチする。
【0034】具体的には、上位下位切換回路10A,B
で選択されたメモリセル5及びパリティ用メモリセル7
より読み出された下位データをECC回路63に伝達
し、ECC回路63で不良と判断された下位データの入
力する訂正回路2にECC回路63から“H”信号が伝
えられ、訂正回路2にて訂正させたデータがラッチコン
トロール信号P1によりラッチ回路1でラッチされる。
次に、P2が“L”の間に上位下位切換回路10A,B
で上位データがECC回路63で下位データ同様不良デ
ータを検出し訂正回路2で修正する。また、先に確定す
る下位データをまず訂正し、この下位データを先に出力
した後、上位データを訂正し外部出力するようにしてい
る。
【0035】本実施形態の場合には、読出した上位デー
タ、下位データを同じECC回路63で共用して救済す
ることもできるので、ECC回路の規模を最小限におさ
えることが出来、その回路規模が1メモリセル当たり読
出されるデータが増えても変化せず一定となり、同じデ
ータ数の不良救済を行う場合、多値式メモリを採用しな
い場合のメモリ装置に比べ同等以下のECC回路規模に
出来る。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明の多値式半導
体メモリ装置は、センスアンプより読み出され2値変換
回路から出力されたデータを下位データ・上位データに
分割し、ECC回路への入力を別々に行うことにより、
1メモリセルが破壊などにより不良となっても、ECC
による不良救済が可能とな読出した出したデータECC
救済率の低下を防ぐことが出来るという効果がある。
【0037】また、メモリセルに書き込まれる状態とそ
のデータの変換後の期待値との割付を上位データ、下位
データに分割しているので、ECC救済処理が先に読出
したデータ順にでき、読出し動作を開始してからECC
回路で不良救済したデータを出力回路から出力し始める
までの時間を短縮することが出来る。すなわち、データ
の出力順を、先に読出しデータが確定しECC救済し終
わったデータから出力することにより、より早くデータ
の出力を開始することが出来る。
【0038】さらに、読出した上位データ、下位データ
を同じECC回路で共用して救済することもできるの
で、ECC回路規模を最小限におさえることが出来、そ
の回路規模が、1メモリセル当たり読出されるデータが
増えても変化せず一定となり、同じデータ数の不良救済
を行う場合、多値式メモリを採用しない場合のメモリ装
置に比べ同等以下のECC回路規模に出来るという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態を説明する多値式半導
体メモリ装置のブロック図。
【図2】図1の多値レベルを2値データ変換する多値レ
ベル/2値データの対応を示す図およびその2値変換回
路3の回路図。
【図3】図1のECC回路6の一例の回路図。
【図4】図1の回路の動作を説明する動作波形図。
【図5】本発明の第二の実施形態を説明する多値式半導
体メモリ装置のブロック図。
【図6】従来例の多値式半導体メモリ装置を説明するブ
ロック図。
【図7】図6の多値レベルを2値データ変換する多値レ
ベル/2値データの対応を示す図およびその2値変換回
路3の回路図。
【図8】図6の訂正回路2の一例の回路図。
【図9】図6のECC回路6の一例の回路図。
【図10】図6の回路の動作を説明する動作波形図。
【符号の説明】 D1、D2 出力信号 P 上位下位データ共用ラッチコントロール信号 P1 下位データ用ラッチコントロール信号 P2 上位データ用ラッチコントロール信号 1,11,12 ラッチ回路 2,21〜24 訂正回路 20,30 EX―OR回路 3 2値変換回路 35,93,94,104〜110 インバータ 36〜38,93,94,104〜110,111〜1
14 NAND回路 4 センスアンプ 5 メモリセル 6 ECC回路 61 上位データ用ECC回路 62 下位データ用ECC回路 63 上位下位共用ECC回路 7 パリティ用メモリセル(ECC CELL) 8,81,82 出力回路 91,92,97,98,101〜103,115〜1
18 OR回路 10A,B 上位下位切換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11C 29/00 G11C 16/00 - 16/34 WPI(DIALOG)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つのメモリセルに記憶した電圧値を複
    数の基準電圧レベルにより判定して出力データとする複
    数の記憶手段を持つ多値式メモリと、前記多値式メモリ
    からの出力データを2値データに変換する2値変換回路
    と、前記2値変換回路から複数のデータを入力し複数の
    データ出力しこれら複数の出力データのうち1つの誤り
    を検出するECC回路と、前記ECC回路の出力により
    前記誤りデータを正規のデータに訂正する訂正回路とを
    含む多値式半導体メモリ装置において、前記1メモリセ
    ルに書き込まれた複数のデータを上位データ群と下位デ
    ータ群とに分割し、その下位データ群を最初に読み出す
    記憶・変換手段と、前記複数の下位データ群および複数
    の上位データ群ごとに分割して誤り検出および訂正を行
    う不良救済回路を備えることを特徴とする多値式半導体
    メモリ装置。
  2. 【請求項2】 前記上位データ群および下位データ群の
    不良救済回路が、個別に設けられた請求項1記載の多値
    式半導体メモリ装置。
  3. 【請求項3】 前記上位データ群および下位データ群の
    不良救済回路が、前記複数の下位データ群および複数の
    上位データ群ごとに分割して設けられた請求項1記載の
    多値式半導体メモリ装置。
  4. 【請求項4】 前記2値変換回路が、電圧レベルのデー
    タを電圧順にグレイコードに変換する回路からなる請求
    項1乃至3記載の多値式半導体メモリ装置。
  5. 【請求項5】 1つのメモリセルに記憶した電圧値を複
    数の基準電圧レベルにより判定して出力データとする複
    数の記憶手段を持つ多値式メモリと、前記多値式メモリ
    のデータを2値データに変換する2値変換回路と、前記
    2値変換回路から複数のデータを入力し複数のデータ出
    力しこれら複数の出力データのうち1つの誤りを検出す
    るECC回路と、前記ECC回路の出力により前記誤り
    データを正規のデータに訂正する訂正回路とを含む多値
    式半導体メモリ装置の不良救済方法において、前記1メ
    モリセルに書き込まれた複数のデータを上位データ群と
    下位データ群とに分割し、その下位データ群を最初に読
    み出し、次に上位データ群を読み出し、これら下位デー
    タ群および上位データ群ごとにそのデータ出力順にそれ
    ぞれ誤り検出および訂正を行うことを特徴とする多値式
    半導体メモリ装置の不良救済方法。
  6. 【請求項6】 前記上位データ群および下位データ群を
    それぞれ独立させて制御信号により切り換え、前記下位
    データ群の不良救済を行ったのち、前記上位データ群の
    不良救済を行い、各々の不良救済回路を共通に使用する
    ようにした請求項5記載の多値式半導体メモリ装置の不
    良救済方法。
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