JPS6016040B2 - 半導体メモリアレ− - Google Patents

半導体メモリアレ−

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JPS6016040B2
JPS6016040B2 JP56091012A JP9101281A JPS6016040B2 JP S6016040 B2 JPS6016040 B2 JP S6016040B2 JP 56091012 A JP56091012 A JP 56091012A JP 9101281 A JP9101281 A JP 9101281A JP S6016040 B2 JPS6016040 B2 JP S6016040B2
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transistor
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transistors
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/26Sensing or reading circuits; Data output circuits
    • G11C16/28Sensing or reading circuits; Data output circuits using differential sensing or reference cells, e.g. dummy cells
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C17/00Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards
    • G11C17/14Read-only memories programmable only once; Semi-permanent stores, e.g. manually-replaceable information cards in which contents are determined by selectively establishing, breaking or modifying connecting links by permanently altering the state of coupling elements, e.g. PROM
    • G11C17/18Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数個のメモリトランジスタを行と列とに配設
し、複数個の主ビット線を上記列に平行に延在させ、各
主ビット線を別々の上記〆モリセルトランジスタの列に
結合させ、このメモリセルトランジスタ列に平行で且つ
メモリアレーの上記〆モリセルトランジスタと同一区域
内に位置するように基準セルトランジスタの列と基準ビ
ット線とを延在させ、前記メモリセルトランジスタの行
に平行に複数個のワード線を延在させ、これを各々メモ
リセルトランジスタのゲートとこの行上にある基準セル
トランジスタのゲートとに結合させ、前記基準ビット線
と各主ビット線との間に検出手段を設けて或るワード線
と或る主ビット線とを選択したことにより定まったアド
レスにメモリセルトランジスタが実効的に存在するのか
しないのかを検出する半導体メモリセルアレーに関する
ものである。
ROM用の差動センス増幅器(センスアンプ)が知られ
ているが、これは一定の基準電位を有する基準トランジ
スタのゲートとメモリセルの列ラインに結合されている
もう一つのトランジスタのゲートとの間の電位差を検出
することによりメモリセルの状態を検知するものである
米国特許第3938108号明細書にはこのような差動
センスアンプの一例が開示されていて、そこではメモリ
セルと同一寸法で、ただゲートには一定電圧がかかって
いるダミーセルを用いて基準電圧レベルを与えている。
そしてこのダミーセルはメモリセル区域の外側に設けて
いる。ダミーセルのゲートはずっと何ボルトかの一定の
大地電位と電源電圧との間の電位に保たれる。これに対
し選択された列ラインに結合されているトランジスタの
ゲートはメモリがアクセスされる時大地電位と電源電圧
との間で変化する。而してこの米国特許に開示されてい
るメモリでは200〜300ナノ秒のアクセス時間がか
かる。これについては三菱電機技毅第51巻第7号第4
81〜486頁が参考になる。これに対し本発明によれ
ばメモリアレー自体の内部で差動出力信号を発生する改
良されたメモリアレ−が得られる。
このメモリアレーは主ビット線とワード線とが交差する
通常のメモリセルトランジスタアレ‐だけでなく、その
上にメモリアレ−内に一列の基準セルトランジスタ群と
一本の基準ビット線とを有し、この基準ビット線から基
準電圧をとり出す。各ワード線はメモリセルトランジス
タのゲートだけでなく、メモリセルトランジスタと同一
行上の基準セルトランジス夕のゲートにも結合される。
この構造は本願人の米国特許第4112511号に相当
部分開示されている。主ビット線は論理レベルを明確に
規定できるようになっているのが望ましい。
このため本発明メモリは前記メモリアレーに更にプルア
ップ負荷トランジスタ手段を設け、これを各主ビット線
及び基準ビット線に結合させ、プルダウントランジスタ
手段を設け、これを各主ビット線及び基準ビット線に結
合させ、これらのプルアップ負荷トランジスタ手段、プ
ルダウントランジスタ手段、メモリセルトランジスタ及
び基準セルトランジスタを寸法と相互コンダクタンスの
点で互に関連させ、前記プルァップ負荷トランジスタ手
段を介して前記基準ビット線と前記主ビット線とに動作
電圧を印加した時選択された主ビット線が基準ビット線
の電位より高い電位レベルをとって選択されたメモリセ
ルアドレスの点にメモリセルトランジスタがないことを
示すか又は基準ビット線の電位より低い電位レベルをと
って選択されたメモリセルアドレスにメモリセルトラン
ジスタが存在することを示すかするように構成したこと
を特徴とする。基準ビット線電圧は適当な値に選ぶと好
適である。このため本発明メモリアレーの一実施例は前
記トランジスタとトランジスタ手段とを基準ビッ.ト線
の電位が選択された主ビット線の高電位レベルと低電位
レベルのほぼ中央にくるように関連させたことを特徴と
する。少数の端子を用いて外部からメモリ内のアドレス
を選択できるようにすると好適である。
このため本発明メモリセルアレーのもう一つの実施例は
更に複数個の列デコード線と、複数個の行デコード線と
を設け、上記列デコード線を個別に少なくとも1個の主
ビット線に結合させ、上記行デコード線の各々を個別に
個々のメモリセルトランジスタ行と前記基準セルトラン
ジスタ列の個別の基準セルトランジスタとに結合させた
ことを特徴とする。プルアップ負荷トランジスタ手段に
よりアドレスを選択できるようにすると好適である。
このため本発明メモリセルアレーの更にもう一つの実施
例はプルアップ負荷トランジスタを夫々の主ビット線に
直列に結合させた第1のトランジスタと、基準ビット線
と直列に結合させた第2のトランジスタとし、第1のト
ランジスタのゲートを夫々の列デコード線に結合したこ
とを特徴とする。図面につき本発明を詳細に説明する。
このようにして基準ビット線と選択された主ビット線と
の間にかかる差電圧は更に1個又は複数個の差動増幅段
により増幅することもできるが、この点については実関
昭55−36479号公報が参考になる。
第1図に本発明に係る講出し専用メモリアレーを示した
ここに示したメモリの形式はマスクを用いてプログラム
を組込むものであって、これは消去不可能な種類のもの
である。しかし、本発明に係るメモリアレーは他の種類
の不揮発性メモリ、例えば消去不可能型又は消去可能型
の電気的にプログラムできるメモ川こ適用することも可
能である。なおこの第1図ではプログラム可能なメモリ
要素であるトランジスタは丸で囲んで示し、他方固定さ
れるトランジスタは丸で囲まないで示してある。複数個
の行と列上にログラム可能なメモIJセルトランジス夕
10を配置してメモリアレー11を構成する。
そしてメモリセルトランジスタ列間に列ライン則ち主ビ
ット線12を垂直方向に延在させる。任意の個々の記憶
位置にメモリセルトランジスタ10を配置するか否かは
予じめ決められるのであるが、図には全ての記憶位置を
メモリセルトランジス夕で埋め、配線を終ったところを
示してある。しかし、製造に際し、これらの記憶位置の
いくつかはマスクされてメモリセルトランジスタ10そ
のものが排除されるか又はメモリセルトランジスタに至
る連結IJンクが切断されるかするものであることを理
解されたい。メモリセルトランジスタ10のソースは共
通アースV$‘こ接続し、ドレインを主ビット線12に
接続する。
主ビット線12は一端では列デコード線Yo・・・・・
・Y,5によりゲートされるプルアップ負荷トランジス
タ14を介して電圧源Vccに接続し、他端ではゲート
をバス導体13を介して電圧源V広に後続したプルダウ
ントランジス夕15を介して共通アースVssに接続す
る。なお列デコード線Yo・・…・Y,5は夫々2個の
主ビット線12に結合する。メモリアレー11自体の中
でメモリセルトランジスタ10が占める区域に近接して
一列の基準セルトランジスタ16と基準ビット線18と
を設ける。
基準セルトランジス夕16のソースは共通アースに接続
し、ドレィンは基準ビット線18に接続する。基準ビッ
ト線18を一端ではゲートを電圧源V的に接続したブル
アップ負荷トランジスタ20を介して電圧源Vccに接
続し、他端ではゲ−トをバス導体13を介して電圧源V
ccに接続したプルダウントランジス夕22を介して共
通アースv錨に接続する。各メモリセルトランジスタ行
(各行は基準セルトランジスタ16を含む)に沿ってワ
ード線良Pち行デコード線〜……R,27を水平方向に
延在させる。
各行ヂコード線は当該行内に延在するメモリセルトラン
ジスタ10全てのゲートと同一行内の基準セルトランジ
スタ16のゲートに接続する。差動センスアンプ30,
32は主ビット線12と基準ビット線18とから差動入
力信号を受け取る。基準ビット線18から入ってくる信
号は2個の基準入力トランジスタ24a及び24bのゲ
ートに加える。列デコード線によりサーブされる各主ビ
ット線対からの入力信号は一対の主入力トランジスタ、
例えばデコーダ線Yoに結合されている2本のビット線
の場合は26a,26b、デコード線Y,5に結合され
ている2本のビット線の場合は28a,28bのゲート
に入る。2個の基準入力トランジスタ24a,24bの
ドレィンを第1共通ドレィン接続点Dに接続する。
この接続点Dに接続する。この接続点Dはゲートをソー
スに接続したディプレツションロード形トランジスタ3
0を介して電圧源Vccに接続する。同様に、主入力ト
ランジスタ26a,26b,28a,28bのドレィン
を第2の共通ドレィン接続点に接続する。この接続点D
はゲートをソースに接続したもう一つのデイプレツショ
ンロード形トランジスタ32を介して電圧源Vccに接
続する。1個の基準入力トランジスタ24aのソースと
対応する主入力トランジスタ26a,28aのソースと
を共通に第1のソース線Soに接続し、このソース線を
第1のゲ−ティングトランジスタ34を介して共通アー
スV槌に接続する。
同様に他の基準入力トランジスタ24bのソースと他の
主入力トランジスタ26b,28bのソースとを共通に
第2のソース接続点S,に接続し、この点を第2のゲー
テイングトランジスタ36を介して共通アースV離に接
続する。ゲーティングトランジスタ34及び36は夫々
電源電圧Vqに等しい振幅のスイッチング電圧VRQ及
びVR,をゲートに印加することにより開閉させられる
これらの電圧VRo及びVR,は列デコ−ド線Yo・・
・・・・Y,5の各々によりサーブされる2本の主ビッ
ト線12のうちの1本を選択する。図示したのは各列デ
コード線Yo・・…・Y.5につき2本の主ビット線1
2が存在する場合であるが、これは主としてダイ上に空
いたスペースを確保するためであって、所望とあらば、
各主ビット線につき1本の列デコード線を設けるだけに
することもできる。この場合2個のゲーテイングトラン
ジスタ34又は36のうち1個だけが必要で、他方は省
略することができる。この実施例に示したメモリ装置で
はIC本の列デコード線があり、各デコード線毎に2列
のメモリセル列があり、合計で32列のメモリセル列が
ある。
またワード線則ち行デコード線は128本あり、各ワー
ド線毎に1つのメモリセル行があり、全部で128個の
メモリセル行が存在する。従ってこのメモリの記憶容量
は全部で128×3娘0ち4096ビットである。この
ようなメモリ装置を例えば8個単一チップ上にのせて4
K×8(32K)ビットのメモリとする。基準電圧(V
R8F)はプルアツプトランジス夕20の抵抗(RRU
)と、基準セルトランジスタ16及びプルダウントラン
ジス夕22の抵抗(RRc,RRo)の並列回路との直
列回路により構成される分圧器により発生させられる。
主ビット線信号電圧(Vc)はプルアップトランジス夕
14の抵抗(RMU)と、選択されたメモリセルhOA
及びプルダウントランジス夕15の抵抗(RME,RM
o)の並列路との直列回路により構成される分圧‐器に
より発生させられる。この主ビット線信号電圧はメモリ
セル内にトランジスタが存在しない時(RMcは無限大
)高い値(VsH)をとり、メモリセル内にトランジス
タが入っている時(RMcェRTR)低い値をとる。こ
れらの基準電圧と信号電圧とは差敷センスアンプに加え
られる。而してこの増幅器の性質のため、基準電圧は高
い信号電圧と低い信号電圧との間に位置しなければなら
ない。VR8F=&千デ三とすると好適である。これは
種々の方法で達成できる。
第1の方法はトランジスタ20及び22の抵抗RRU及
びRRoを夫々トランジスタ14及び15の抵抗Rwu
及びRM。と等しくするものであり、この場合はRRc
をR,Rの約2倍とする(例えば、トランジスタ16の
幅をメモリセル10内で用いられるトランジスタの幅1
/2とする)。多くの他の組合せもある。例えば、RM
U=次RU,RRc=RRT及びRRo=RMo又はR
MU=RRU,RRcこRR,及びRRo=球M。とし
て適当な分圧器を構成できる。上述した基準セルは、他
の(新しい)行が選択された時、第1に前に選択されて
いた行に属する基準トランジスタが不活性になるので基
準線が部分的に充電されるが、第2に新しく選択された
基準トランジスタにより基準電圧の定常値迄放電される
という利点を有する。
而してこれらの充放電動作は主ビット線上の動作と類似
している。蓋し、これらは同じ行信号により制御される
からである。これは、後述するように、メモリのアクセ
ス時間を短かくする。基準ビット線18上のプルアツプ
負荷トランジスタ20のゲート(及びドレィン)を電圧
源Vccに接続し、主ビット線12上のプルアップ負荷
トランジスタ14を列デコード線Yo・・・・・・Y,
5の電位を選択する時は電源電圧Vccとし、選択しな
い時は共通大地電位VSsとすることにより選択する。
プルダウントランジス夕15は主ビット線の状態が選択
された状態から選択されない状態へ切り替わる時該主ビ
ット線を大地電位迄放電させるためのものである。主ビ
ット線12上のプルアップ負荷トランジスタ14とプル
ダウントランジスタ15の抵抗値の間の関係は選択され
た主ビット線12上の電位がメモリセルトランジスタ1
川こプログラムが組み込まれている時はプログラムが組
まれていないのに対応する行デコード線Ro・…・・R
,27と列デコード線Yo・・・・・・Y,5が選択さ
れた時よりもIV低くなるように選ぶ。
基準セルトランジスタ16の利得はメモリセルトランジ
スタ10の利得の約1/2であって同じ行デコード線で
開閉させられるのであるから、基準電圧は主ビット線の
2個の電位レベルの中間にくる。またプルアツプ負荷ト
ランジスタ14の抵抗は相対的に低く選んであるからこ
のプルアップ負荷トランジスタ14は対応する列デコー
ド線Yo・・・・・・Y,5が選択された時主ビット線
12上の寄生容量を大地電位からその最終値迄迅速に充
電する。以下に動作を説明するに当り、列デコード線Y
o、列デコード線R2を選び、ゲーティングトランジス
タ34にゲート入力電圧VRoが印加されるものとする
こうするとゲーテイングトランジス夕34は導通し、ソ
ース線Soを約IVに引き込み、これによりこのソース
線Soに接続されている全てのトランジスタ、即ち基準
入力トランジスタ24a並びに主入力トランジスタ、例
えば26a及び28aに対しアースに至る電流通路を与
える。(基準ビット線18は何時でも選択される。蓋し
、これは入力トランジスタ24aと24bの両方のゲー
トに接続されているからである)。ゲートトランジスタ
26aに接続されている主ビット線12が選択されるも
のとする。この主ビット線の選択と行デコード線R2の
選択との結果、これらの2本の線の交点にあるメモリセ
ルトランジスタ10aが選択される。選択された主ビッ
ト線12aの電位は選択されたメモリセルトランジスタ
10aがプログラムを組まれていないのかプログラムを
組まれているのかによって夫々基準ビット線18の電位
より高くか又は低くなる。
これはプルアップ負荷トランジスタ14とプルダウント
ランジス夕15とが直列に接続されて分圧器を構成して
いることによる。メモリセルトランジスタ10の対によ
り分略されると否とを問わず選択されない主ビット線は
プルダウントランジスタ15により大地電位に保たれる
。斯くして入力トランジスタ24aのゲートと26aの
ゲートとの間に差入力信号が印加されるとドレィン節点
DとDとの間に増幅された差出力信号が生ずる。ビット
線の絶対電位は重要ではないから、プルアツプ負荷トラ
ンジスタ14と20‘ま高利得のトランジスタとし、ビ
ット線の充電時間を短かくすることができる。
また、基準ビット線18と選択された主ビット線12と
の間にかかる差電圧は差動増幅器の感度が許す限りでき
るだけ小さくすることができる。第2図につき説明する
この上側の図は従来技術のメモリ構成の場合のビット線
の充電波形と放電波形の図である。曲線40は主ビット
線を0状態から1状態へ充電するところを示し、曲線4
2は主ビット線が1状態から0状態へ放電するところを
示す。基準電圧レベルVREFは0レベルと1レベルの
中間の一定レベルである。この基準レベルVREFと充
放電曲線の交点は曲線40及び42が夫々基準レベルV
REF以上又は以下に移る遷移点迄達したことを示す。
遷移点44(これは差動増幅器が差電圧を検出できるよ
うになる最初の時間である)は初期瞬時toから時間t
2経つた瞬時t5で起こる。本発明メモリ構成の場合は
曲線46が主ビット線の充電を示し、曲線48が別の主
ビット線の放電を示す。
曲線50は基準ビット線上の電位である。前述した一定
の基準電圧レベルと異なり、この基準ビット線の電位は
何時も2本の主ビット線の電圧レベルのほぼ真中にある
ものの多少の変化を呈する。主ビット線の充電は放電よ
り速いから基準電位は放電曲線46につれて立ち上がり
、遷移点52に達する(これは3本の曲線56,48,
50が交わる点である)。この遷移点52は瞬時L‘こ
あって、これは時間的に従来技術の遷移点44(瞬時t
2)より早い。なお基準ビット線電圧は変えられる。蓋
し、基準ビット線18上の基準セルトランジスタ16は
主ビット線12上のメモリセルトランジスタ10をゲー
トするのと同じワード線電圧でゲートされるからである
。この第2図の2個のグラフを比較すれば明らかな通り
、本発明メモリアレーによれば従来技術の場合よりも迅
速にメモリにアクセスできる。
従来技術ではアクセス時間が200乃至300ナノ秒も
かかるのに比べてloo乃至150ナ/秒に短かくでき
る。上述した実施例は3狐ROMであるが、本発明はこ
れと違う密度と構造を有するメモIJIこも適用できる
ことは当業者には自明であろう。本発明の原理はEPR
OMにもEEPROMにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る読み出し専用メモリの回路図、第
2図は本発明のメモリアレーの動作を説明するための波
形図である。 10……メモリセルトランジスタ、11……半導体メモ
リアレー、12・・・・・・主ビット線、13・・・…
バス導体、14・・・・・・ブルアツブ負荷トランジス
タ、15……プルダウントランジス夕、16……基準セ
ルトランジスタ、18・・・・・・基準ビット線、20
....・.プルアツプ負荷トランジスタ、22・・・
・.・プルダウントランジス夕、(24a,24b……
28a,28b)・・…・検出手段(差動増幅器)、(
Ro……R,幻)……行デコード線(ワード線)、(Y
o・・・…Y,5)……列デコード線、Vss……アー
ス、30,32……デプリツションロード形トランジス
タ、34……第1のゲーティングトランジスタ、36…
…第2のゲーティングトランジスタ。 第2図 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数個のメモリトランジスタ10を行と列とに配設
    し、複数個の主ビツト線を上記列に平行に延在させ、各
    主ビツト線12を別々の上記メモリセルトランジスタ1
    0の列に結合させ、このメモリセルトランジスタ列に平
    行で且つメモリアレーの上記メモリセルトランジスタと
    同一区域内に位置するように基準セルトランジスタ16
    の列と基準ビツト線18とを延在させ、前記メモリトラ
    ンジスタ10の行に平行に複数個のワード線を延在させ
    、これを各々メモリセルトランジスタのゲートとこの行
    上にある基準セルトランジスタ16のゲートとに結合さ
    せ、前記基準ビツト線と各主ビツト線12との間に検出
    手段24a,24b,……28a,28bを設けて或る
    ワード線と或る主ビツト線とを選択したことにより定ま
    つたアドレスにメモリセルトランジスタ10が実効的に
    存在するのかしないのかを検出する半導体メモリセルア
    レー11において、 前記メモリアレーに更にプルアツ
    プ負荷トランジスタ手段14,20を設け、これを各主
    ビツト線12及び基準ビツト線に結合させ、プルダウン
    トランジスタ手段15,22を設け、これを各主ビツト
    線及び基準ビツト線に結合させ、これらのプルアツプ負
    荷トランジスタ手段14,20、プルダウントランジス
    タ手段15,22、メモリセルトランジスタ10及び基
    準セルトランジスタ16を寸法と相互コンダクタンスの
    点で互に関連させ、前記プルアツプ負荷トランジスタ手
    段14を介して前記基準ビツト線と前記主ビツト線12
    とに動作電圧を印加した時選択された主ビツト線12が
    基準ビツト線18の電位より高い電位レベルをとつて選
    択されたメモリセルアドレスの点にメモリセルトランジ
    スタ10がないことを示すか又は基準ビツト線の電位よ
    り低い電位レベルをとつて選択されたメモリセルアドレ
    スにメモリセルトランジスタ10が存在することを示す
    かするように構成したことを特徴とする半導体メモリア
    レー。 2 前記トランジスタ10,16とトランジスタ手段1
    4,15,20,22とを基準ビツト線18の電位が選
    択された基準ビツト線12の高電位レベルと低電位レベ
    ルのほぼ中央にくるように関連させたことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体メモリアレー。 3 更に複数個の列デコード線Y_0……Y_1_5と
    、複数個の行デコード線R_0……R_1_2_7とを
    設け、上記列デコード線Y_0……Y_1_5を個別に
    少なくとも1個の主ビツト線12に結合させ、上記行デ
    コード線R_0……R_1_2_7の各々を個別に個々
    のメモリセルトランジスタ行と前記基準セルトランジス
    タ列の個別の基準セルトランジスタ16とに結合させた
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体メ
    モリアレー。 4 プルアツプ負荷トランジスタを夫々の主ビツト線1
    2に直列に結合させた第1のトランジスタ14と、基準
    ビツト線18と直列に結合させた第2のトランジスタ2
    0とし、第1のトランジスタ14のゲートを夫々の列デ
    コード線Y_0……Y_1_5に結合したことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体メモリアレー。 5 夫々主ビツト線と基準セルビツト線とに結合した第
    1のトランジスタ14と第2のトランジスタ20との相
    互コンダクタンスをほぼ等しくし且つメモリセルトラン
    ジスタ10の相互コンダクタンスよりは大きくしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の半導体メモリ
    アレー。6 プルダウントランジスタ手段15,22を
    前記第1のトランジスタ14の各々に結合される第3の
    トランジスタ15と、前記第2のトランジスタ20に直
    列に結合される第4のトランジスタ22とし、これらの
    プルダウントランジスタ15,22のゲートを結ぶ手段
    を共通にしたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記
    載の半導体メモリアレー。 7 前記検出手段が動作電圧がメモリアレーに印加した
    時基準ビツト線18と各主ビツト線12との間に生ずる
    差電圧を検出する差動増幅器24a,26a,……28
    a及び24b,26b,28bを具えることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体メモリアレー。
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