JPS62133818A - ミラ−電流補償回路 - Google Patents

ミラ−電流補償回路

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JPS62133818A
JPS62133818A JP61171478A JP17147886A JPS62133818A JP S62133818 A JPS62133818 A JP S62133818A JP 61171478 A JP61171478 A JP 61171478A JP 17147886 A JP17147886 A JP 17147886A JP S62133818 A JPS62133818 A JP S62133818A
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transistor
sink
capacitor
mirror current
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JP61171478A
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デネシュ・タヴァーナ
シング・ワイ・ウォング
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K19/01Modifications for accelerating switching
    • H03K19/013Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits
    • H03K19/0136Modifications for accelerating switching in bipolar transistor circuits by means of a pull-up or down element
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K19/082Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はトランジスタートランジスタ論理(TTL)出
力回路に関し、特に出力「シンク」トランジスタの遮断
に際してベース−コレクタ接合の静電容量に電荷を蓄積
するような電流パルス即ちミラー電流を補償するための
回路に関する。この電流パルスは、シンクトランジスタ
を再起動させ、出力信号を劣化させるものである。
〈従来の技術〉 単純化された位相反転出力回路10が第1図に示されて
いる。入力リード15に加えられた高電圧入力信号Ii
は出力リード80に於て、位相反転されかつ増幅された
低電圧出力信号■0を発生する。逆に、低電圧入力信号
liは、高電圧出力信号IOを発生する。入力信号Ii
を供給する図示されない駆動回路は、出力リード80に
接続された負荷回路90による影響に対して回路10に
より分離即ち緩衝されている。
入力信号位相分割段20は、電流シンク段30及び電流
ソース段40を制御し交互に導通させる。
入力リード15を介してNPNトランジスタQ1のベー
スに加えられたハイレベルの入力信@Iiはトランジス
タQ1を導通させる。トランジスタQ1のエミッタから
NPNトランジスタのトランジスタQ2のベースに加え
られた電流は、トランジスタQ2によりハイレベルのシ
ンク制御信号を導通させ、このシンク制御信号がNPN
トランジスタQ3に加えられるとトランジスタQ3を導
通させシンク30を活性化させる。トランジスタQ3の
コレクタは、外部の静電容量即ち負荷90に接続された
出力リード80からの電流をプル即ちシンクさせ、その
コレクターエミッタ経路を経て接地リードに導く。
入力リード15即らトランジスタQ1のベースに加えら
れたローレベルの入力信号1iは、トランジスタQ1を
遮断すると共に、トランジスタQ2も遮断ざぜ、抵抗器
R2の一方の端部のノード24のソース制御電圧を上昇
させ、その結果NPNトランジスタQ4及びNPNトラ
ンジスタQ5を導通させる。トランジスタQ5のエミッ
タは位相反転回路出力リード80から負荷90に向けて
電流をソース即らブツシュする。
出力負荷90の静電容量を迅速に駆動即ちスイッチする
ために有効な出力電流を得るためには出カトランジスタ
Q3及びQ5が位相反転回路10内の他のトランジスタ
よりも物理的に大型のものでなければならない。トラン
ジスタQ3のベースの大きな静電容量はその導通の間に
電荷を蓄積し、この電荷は、出力信号]Oをハイレベル
にスイッチするに際してトランジスタQ3を遮断するた
めに放電されなければならない。抵抗器R6は、トラン
ジスタQ3のベースを接地電位に向けて放電するための
導通路を提供する。トランジスタQ3はミラー静電容量
Cmと呼ばれる大きなコレクターベース間静電容量をも
有する。第2図はシンクトランジスタQ3の等何回路を
示すもので、この回路中ミラー静電容量Cmがベース−
コレクタ接合に並列接続された別個のコンデンサとして
示されている。
位相分割段20(第1図)は、出力信号IOを切替える
に際して、シンク段30を遮断すると同時に電流ソース
段40を導通させる。両トランジスタQ3、Q5が切替
られる途中に、トランジスタQ3のベース−エミッタ接
合部の順方向バイアスが0.7ボルl〜以下に落ちると
共に、トランジスタQ5が切替られ、出力リード80の
電圧が高められる。トランジスタQ3のベース−コレク
タ接合部の逆方向バイアスが急激に増大することにより
出力リード80からの過渡的なミラー電流Im=cm 
(dv/d↑)がミラー静電容ICmを充電する。この
ようにして、静電容量Cmを充電するミラー電流がトラ
ンジスタQ3のコレクチ−ベース電圧(dv/dt)の
変化率に比例することとなる。
特に、出力信号IOが小さな静電容量を有する負荷90
を駆動する際にミラー電流が問題となるが、これは、負
荷90が極めて急激に充電され、トランジスタQ3のコ
レクタの電圧か急激に上昇し、(短時間に亘ってである
が)大きなミラー電流をトランジスタQ3のベースに送
り込むこととなるからである。トランジスタQ3のベー
ス−エミッタ接合部が順方向にバイアスされると、電流
Imの一部が電流IbとしてトランジスタQ3のベース
−エミッタ接合部を流れる。電流Ibは通常のトランジ
スタの作動に於けるようにベースのリードに加えられる
制御信号からではなくむしろミラー静電容量cmを充電
することにより発生するもので必る。ミラー電流Imは
、出力電流IOをごく僅かにオフセットさせるが、これ
は、電流IbがトランジスタQ3を一時的に再起動させ
、コレクタ電流を■f−β・Ib(β=トランジスタQ
3の電流増幅率)だけシンクさせる以外重要な問題とは
ならない。出力ノード電流IC=Im+Ifは、第3図
に示されたように上昇する出力信号Ioにディップ(ス
パイクまたはグリッチ)を発生させる。これは、電源V
CCから電流スパイクを引出すこととなり、電力を消費
しかつ不要な発熱の原因となる。信号IOが負荷段90
の閾値を下回るほど十分にグリッチが大きい場合には、
グリッチが負荷90を超えて図示されない他の接続回路
に及ぶことがおる。
ミラー電流1mは回避できないが、トランジスタQ3の
ベースの電圧を下げることによりミラー電流1mを電流
Ibと、ベースのリードから分流される電流Id(第2
図)とに分割することができる。Ib=Im−1dであ
ることから、電流Ibから電流Idに向けて分流された
電流■mの成分は、0倍されることがなく、それだけ出
力電流IO中の電流Ifによるスパイクの影響を小さく
することができる。すべての電流Ibを電流Idとして
分流できる場合には、電流Ifがなくなり、ミラー電流
が重要な問題ではなくなる。第1図の抵抗器R6は、そ
の抵抗値及びその両端に発生する電圧に応じて一定量の
電流をシンクさせる受動的な回路素子である(第1図)
。抵抗器R6、公知技術に基づく比較的効果の小さいミ
ラー電流の予防策でおる。抵抗器の抵抗値を小さくする
ことによりトランジスタQ6から接地レベルに向けてよ
り多量のミラー電流をシャントさせようとした場合には
、回路10の電力消費が増大する。
公知技術に基づくミラー電流の問題の別の解決策として
は、第4図に示された回路4a〜4dなどにより示され
るようにミラー電流Imの可及的に多量の成分を電流■
dとして分流しようとするものである。公知技術に基づ
く回路4aは、抵抗器R4aを介してトランジスタQ3
に接続されるトランジスタQ6aを用いるものである。
回路4aは、トランジスタQ3のβの製造上のばらつき
または温度によるばらつきを補償する点などに於て抵抗
器R6よりも優れている。しかしながら、出力信号がロ
ーからハイに移る時にトランジスタQ6aを積極的に導
通させるような出力信号IOに従って変化するようなノ
ードからのフィードバック経路が形成されず、そのため
この回路4aはミラー電流を補償する上で十分に効果的
であるとは言えない。
更に別のミラー電流を補償するための公知技術に基づく
回路としては、トランジスタを能動素子として用い、そ
のベースを、出力信号10の電圧と同一の位相にて電圧
が変化する出力位相反転回路10のノードに静電容量的
に結合するようにして制御し、トランジスタQ3のベー
スから電荷を分流させるようにしたものがある。例えば
、米国特許第4,006,370号及び同第4,321
゜490号明細書に於ては、出力リード80に接続され
た比較的大きなコンデンサCbを有する第4b図と同様
な回路が開示されている。トランジスタQ3が遮断しト
ランジスタQ5が導通する時に、出力信号IOの電圧V
が上昇し、コンデンサcbが電流l4b=Cb (dv
/dt)により充電される。これは、トランジスタQ6
bのコレクタ電流Id−β・I4bへと増幅され、電流
Ibから電流Idを分流ざぜ、電流Ifを抑制する(第
2図)。しかしながら、コンデンサcbによる静電容量
的結合により、トランジスタQ3のベースが、コンデン
サcbを充電させ、トランジスタQ6bを励起しかつト
ランジスタQ3のベースを不測に放電させ、出力信号■
0に電流スパイクを発生させるような負荷90からのノ
イズによる悪影響に曝されることとなる。
出力負荷90からのノイズに暴露されることに伴う問題
の1つは、「回路内エミュレーション」即ち負荷回路9
0を出力リード80に接続して行うようなシステムのテ
ストに際して発生する。このシステムを位相反転回路1
0からローレベルの出力信号IOを得るようにしてテス
トしたいが、何らかの理由により負荷90にハイレベル
の信号Ioを引起したい場合には、テストプローブ(図
示せず)が出力リード80に接続されハイレベルの信号
Ioを発生させる。まずこのオーバーライド信号Ioは
トランジスタQ3のコレクタの電圧を上貸させ、電流I
4bによりトランジスタQ6bを導通させ、トランジス
タQ3から電流Ibを分流さけると共にトランジスタQ
3を遮断状態に向けて変化させ、既にハイレベルに高め
られているリード80を更に電層ハイレベルの状態にす
る。
しかしながら、出力リード80の電圧が一旦その上限値
に達し上昇を停止すると、電流I4bが停止し、トラン
ジスタQ6bが電流Idを分流するのを停止し、トラン
ジスタQ3が再び電流をシンクし始め、出力リード80
の電圧が下降し始める。
テストプローブか継続して出力リード80をハイ状態に
維持するため、リード80の出力電圧が、テストプロー
ブ内の及び/または負荷回路90内のRC時定数回路に
従って振動し始め、所望のテストの進行を妨げることと
なる。
更に別の公知のミラー電流補償回路によれば、コンデン
サが前記よりも非直接的に出力リードに接続される。米
国特許第4,132,906号明細書には、ミラー電流
シャントトランジスタQ6Cを駆動ざゼるためにトラン
ジスタQ4のエミッタにコンデンサCCを接続してなる
回路4Cなどの回路が開示されている。これは、トラン
ジスタQ5のベース−エミッタ接合部がコンデンサCC
に直列接合されたコンデン゛りとして機能するためにミ
ラー電流補償回路4Gを出力リード80に対して十分に
バッファできないという欠点があり、そのためにミラー
電流補償回路が出力信@IOの電圧の上昇に伴い好まし
くない影響を受けるという問題が発生する。
米国特許第4,449,063号明細書に於ては、第4
d図に示されたように、抵抗器R2の一方の端部に設け
られたソース制御ノード24にコンデンサCdの一方の
リード線を接続してなる回路が開示されている。これに
よれば、出力リード80とシャントトランジスタQ6d
のベースとの間の静電容量結合による悪影響を緩和する
ことができる。しかしながら、抵抗的にプルアップされ
たソース制御ノード24がコンデンサCdの大きな静電
容量による過大な負荷を受けることとなり、回路4dな
どの補償回路を用いる出力回路10のスイッチング速度
を劣化させるという欠点がある。
このように、シャントトランジスタを位相反転出力リー
ド80に静電容量的に結合し、ソース段に対する負荷を
増大させ、シンク段を出力負荷からのノイズに暴露する
という従来技術に基づくミラー電流補償回路の欠点を解
消するようなミラー電流補償回路が望まれていた。
〈発明が解決しようとする問題点〉 このような従来技術の欠点に鑑み、本発明の主な目的は
ローレベルからハイレベルに向けて円滑な変化を行なう
ような出力回路を提供することにある。
本発明の第2の、プルダウントランジスタのベースから
ミラー電流を分流させ、コレクタ電流を増幅することの
ないようなミラー電流補償回路を提供することにおる。
本発明の第3の目的は、出力信@IOをハイレベルにす
るようなテストの間に出力信号の振動を引起さないよう
なミラー電流補償回路を提供づることにある。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明に基づく回路は、ミラー電流を補償することに関
連する上記及び他の目的を達成するべく、出力端子電圧
と同位相の電圧変化を行なうが出力端子に対しては直接
的または静電的に結合していない補償制御ノードに於け
る電圧の上昇により導通するようなシャントトランジス
タを介してシンクトランジスタのベースを順方向バイア
スのためには不十分な接地電圧にシャントさせる。シャ
ントトランジスタのベースは、位相反転回路の前段部分
に於て補償制御ノードに接続され、出力信号のローレベ
ルからハイレベルへの変化に追随はするが分離された状
態にある。
〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。
第5図は、本発明の一好適実施例に基づくミラー電流補
償回路70を備える位相反転バッファ回路50を示す。
回路50は、入力信号Iiのための位相分割段60と、
電流ソース段40と、電流シンク段30とを有する。こ
の図中、第1図〜第4図に示された公知技術に基づく位
相反転回路の各部分に対応する部分には同一の符号を付
しである。成る別の実施例によれば、位相分割トランジ
スタQ11、Q12は、機能的には第1図のトランジス
タQ1、Q2と同様のものからなる。入力リード15に
加えられたハイレベルの入力信号Iiは、位相分割トラ
ンジスタQ11、Q12を導通させる。これにより、抵
抗器R1、R2から電流を引出し、ショットキートラン
ジスタQ4のベースに於けるソース制御ノード24の電
圧を下げ、電流ソース段40を遮断すると同時にショッ
トキートランジスタQ3のベースに於けるシンク制御ノ
ード23に向けてシンク制御電流Ibの供給を開始する
第5図の位相反転出力バッフ7回路50は、トランジス
タQ8のエミッタフォロワーリード75を介してミラー
電流補償制御ノード65に接続された駆動コンデンサC
により駆動されるシャントトランジスタQ7によりミラ
ー電流を補償する。
ノード65は、出力リード80に対しては概ね分離され
電流を引出すことがないにもかかわらずミラー電流補償
回路70を効果的に制御することができる。ミラー電流
補償制御ノード65は、ソース段40からも分離されて
おり、駆動コンデンサCが、ソーストランジスタQ4の
ベース或いは出力トランジスタQ5のベースから電流を
引出すことがない。
バイポーラトランジスタは、一般にコレクタよりも高度
にドープされたエミッタを有するように製造され、その
ため一般のトランジスタに於ては、ベース−エミッタ間
接合部の静電容量が、コレクターベース間静電容量より
も大きい。公知技術に基づく回路4d(第4図)に於て
は、シャントトランジスタQ6dを駆動する駆動コンデ
ンサ−CdかトランジスタQ4のベースに於Gブるノー
ド24に接続されている。従って、コンデンサCdは、
トランジスタQ4、Q5の比較的高いベース−エミッタ
間接合部の静電容量を介して出力リード80に接続され
る。それに対して、本発明に基づく回路に於ける駆動コ
ンデンサCは、トランジスタQ3、Qllのコレクター
ベース間接合部の比較的小ざな静電容量に直列接続され
たトランジスタQ11のベース−エミッタ間接合部を介
して出力リード80に接続されているノード65により
制御される。従って、本発明によれば、ミラー電流補償
制御ノード65が、ソース制御ノード24よりも出力リ
ード80からより好適に分離されている。シャントトラ
ンジスタQ7は、ショットキートランジスタからなるも
のであるのが好ましい。
抵抗器R7は、シャントトランジスタQ7のベースとコ
レクタとの間のβ補償用の抵抗器として機能する。
位相反転出力ハラフッ回路50の入力リート15に於け
る入力信号Iiか降下するとショットキートランジスタ
Q11、Q12か遮断し、ミラー電流補償制御ノード6
5(トランジスタQ8のベース)に於ける電圧が増大し
、電流IR1を抵抗器R1を介して流通させ始める。ト
ランジスタQ8のコレクタは、電源VCCからの電流を
導通させエミッタ電流を発生する。コンデンサCを充電
する電流InはIRl (Q8のβ−←1)となる。
コンデンサCは、第5図に示されたコンデンサであって
も、ライン75に接続されたシャントトランジスタの図
示されていない非活性の第2のエミッタにより得られる
ベース−エミッタ間静電容量などの逆方向バイアスされ
たPN接合部からなるものであってもよい。トランジス
タQ7の第1のエミッタが接地されているため、このよ
うな第2のエミッタは常に逆方向にバイアスされコンデ
ンサとして機能する。入力信号■iがハイレベルからロ
ーレベルにスイッチングされると、ミラー電流補償制御
ノード65に於ける電圧の上昇に伴い、電流Inかシャ
ントトランジスタQ7を導通させ、トランジスタQ3か
らミラー電流1mを分流させるような低インピーダンス
路を形成する。
位相分割トランジスタQ11がハイレベルのソース制御
信号に向けてスイッチングを完了した時に、トランジス
タQ8のエミッタはコンデンサCの充電を完了し、ライ
ン75の電流Inが停止している。このようにして、電
荷がコンデンサCに蓄えられる。(または、別の実施例
に於ては、電荷が、トランジスタQ7の図示されていな
い第2のエミッタに蓄えられることとなる。)入力信@
Iiかハイレベルからローレベルに切替られる度にトラ
ンジスタQ8のエミッタの電圧が上昇する必要があるた
め、入力信号Iiがハイレベルでおって従ってトランジ
スタQ11が導通状態である時にライン75を約2VB
Eのレベルに放電するためにショットキーダイオードD
が用いられる。ノード75は、コンチングCの電圧勾配
dv/dtを形成するために充放電されなければならな
い。また、コンデンサCがミラー電流補償制御ノード6
5に直接接続されトランジスタQ8及びダイオードDを
省略した場合にも電圧勾配d V/d tが得られるが
、静電容量Cが大きいことから、時定@RCが大きくな
り、d V/d tが小さくなる。トランジスタQ8は
、コンデンサCがより電層速やかに充電されるようなゲ
インを確保するものであるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図はミラー電流の問題を有する位相反転出力回路を
単純化して示す回路図である。 第2図は第1図のプルダウントランジスタQ3の等価回
路であって、コレクターベース間接合部のミラー静電容
量をトランジスタとは別個に示しである。 第3図は増幅されたミラー電流により歪んだ第1図の位
相反転回路の波形を示づグラフである。 第4図は、従来技術に基づく4種類のミラー電流補償回
路7Ia〜4dを説明の便宜のために第1図の回路に同
時に示した回路図である。 第5図は本発明の一好適実施例に基づきバツファされた
ミラー電流補償回路を備える位相反転出力回路を示す回
路図である。 1Q・・・位相反転出力回路 15・・・出力リード  20・・・位相分割段23・
・・シンク制御ノード 24・・・ソース制御ノード 30・・・電流シンク段 40・・・電流ソース段50
・・・出力バッファ回路 60・・・位相分割段 65・・・ミラー電流制御ノード 70・・・ミラー電流補償回路 75・・・エミッタフォロワーリード 80・・・出力リード  90・・・負荷特許出願人 
 モノリシック・メモリーズ・インコーホレイテッド 代  理  人  弁理士  大 島 陽 −図面の浄
書(内容に変更なし) FIG、 I FIG・2FIG、3 FIG、4 (方式) 1、事件の表示      昭和61年特許願第171
478号2、発明の名称 ミラー電流補償回路 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称    モノリシック・メモリーズ・インコーホ
レイテッド 4、代理人

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力端子と、出力端子と、第1の電位を有する直
    流電源と、第2の電位を有する接地端子と、入力信号電
    流に対して同位相及び180度異なる位相のシンク制御
    電流及びソース制御電流を発生するべきシンク制御ノー
    ド及びソース制御ノードを有すると共に、前記電源に接
    続されたミラー電流補償制御ノードを有する入力信号位
    相分割段と、前記ソース制御信号がハイになった時に前
    記電源から前記出力端子に向けて電流を導通させるソー
    ス段と、前記シンク制御電流がハイとなった時に前記出
    力端子から前記接地端子に向けて電流を導通させるため
    のシンクトランジスタを有するシンク段とを有する反転
    出力バッファ回路に於けるミラー電流補償回路であって
    、 前記シンク制御ノードに接続されたコレクタと、前記接
    地端子に接続されたエミッタと、ベースとを有するシャ
    ントトランジスタと、 前記シャントトランジスタのベースと前記ミラー電流補
    償制御ノードとの間に接続されたコンデンサとを備える
    ことを特徴とするミラー電流補償回路。
  2. (2)前記電源に接続されたコレクタと、前記コンデン
    サに接続されたエミッタと、前記ミラー電流補償制御ノ
    ードに接続されたベースとを有するコンデンサ駆動トラ
    ンジスタと、 前記コンデンサと前記駆動トランジスタのエミッタとの
    間に接続されたアノードと、前記ミラー電流補償制御ノ
    ードに接続されたカソードとを有するダイオードとを備
    えることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のミ
    ラー電流補償回路。
  3. (3)前記コンデンサが、前記シャントトランジスタの
    非活性の第2のエミッタからなることを特徴とする特許
    請求の範囲第2項に記載のミラー電流補償回路。
  4. (4)前記シンクトランジスタ及び前記シャントトラン
    ジスタのベース間に接続された抵抗器を有することを特
    徴とする特許請求の範囲第2項に記載のミラー電流補償
    回路。
  5. (5)入力端子と、出力端子と、電流供給源と、接地端
    子と、入力信号に対して同位相のソース制御信号及び入
    力信号に対して180度異なる位相のシンク制御信号を
    発生するように前記入力端子に加えられた入力信号に応
    答する位相分割段と、ソース制御信号が加えられた時に
    前記電流源から前記出力端子に向けて電流を導通させる
    ようなソース制御入力ノードを有する電流ソース段と、
    シンク制御信号に応答して前記出力端子と前記接地端子
    との間に電流を導通する電流シンク段とを有する位相反
    転回路に於て、前記シンク段の出力にミラー電流により
    発生する電流のシンクを減少させるためのミラー電流補
    償回路であって、 前記位相反転回路が前記ソース制御ノードとは別個に補
    償制御ノードを有し、 前記ミラー電流補償回路が、 ベースと、前記シンク制御信号を受けるべく接続された
    コレクタと、前記接地端子に接続された第1のエミッタ
    とを有するシャントトランジスタと、 コンデンサと、 前記入力信号に対して180度の位相差をもって導通す
    るべく前記補償制御ノードに接続されると共に前記コン
    デンサに電流(In)を供給するコンデンサ駆動トラン
    ジスタと、 前記入力信号に対して同位相にて前記コンデンサから前
    記補償制御ノードに向けて電流を放出するべく接続され
    たダイオードとを有することを特徴とするミラー電流補
    償回路。
  6. (6)前記シャントトランジスタがショットキートラン
    ジスタであって、前記ダイオードがショットキーダイオ
    ードであることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記
    載のミラー電流補償回路。
JP61171478A 1985-12-03 1986-07-21 ミラ−電流補償回路 Pending JPS62133818A (ja)

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