KR101655514B1 - 확산 스펙트럼 클럭 발생기 및 그 제어 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈은 정수 및 유리수를 생성하는 제어 수 생성부, 상기 정수의 종류에 따라 상기 정수를 변환하여 변환된 정수를 출력하는 정수 변환부, 상기 정수의 종류에 따라 상기 유리수를 변환하여 변환된 유리수를 출력하는 유리수 변환부, 상기 변환된 유리수를 변조하여 변조된 유리수를 출력하는 변조기 및 상기 변환된 정수 및 상기 변조된 유리수를 이용하여 분주비를 출력하는 분주비 생성부를 포함한다. 본 발명에 따르면 종래의 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 발생하는 유리수의 비연속성을 개선함으로써 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 나타날 수 있는 에러 및 제어 이상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

확산 스펙트럼 클럭 발생기 및 그 제어 모듈{SPREAD SPECTRUM CLOCK GENERATOR AND CONTROL MODULE THEREOF}
본 발명은 확산 스펙트럼 클럭 발생기 및 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈에 관한 것이다.
위상 고정 루프(Phase Locked Loops, PLL)는 외부로부터 입력되는 기준 클럭 신호에 응답하여 고정된 주파수를 갖는 발진 신호를 생성한다. 발진 신호는 위상 고정 루프가 포함된 시스템의 동작 클럭으로 제공된다.
최근, 대용량의 디지털 데이터를 처리하기 위해 시스템이 고속화되고 고집적화되면서, 시스템에 요구되는 클럭 신호의 주파수도 높아지고 있다. 클럭 신호의 주파수가 높아지면 전자파 장해(Electro Magnetic Interference, EMI)를 발생시켜서, 시스템에 장애가 유발될 수 있다. 즉, 높은 에너지를 가지는 고 주파수 신호(즉, 클럭 신호)가 주변의 시스템에 영향을 끼쳐 오동작을 야기하는 것이다. 이러한 전자파 장해를 감소시키기 위해, 확산 스펙트럼 클럭 발생기(Spread Spectrum Clock Generator)가 이용된다. 확산 스펙트럼 클럭 발생기는 전자파 장해를 줄이기 위해, 넓은 대역폭의 주파수에 에너지가 분포하도록 발진 신호를 조절한다.
한편, 종래의 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 사용되는 제어 모듈은 분주비를 생성함에 있어 이용되는 유리수의 비연속성(discontinuity)으로 인한 에러 및 제어 이상을 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2012-0047379호
본 발명은 종래의 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 발생하는 유리수의 비연속성을 개선함으로써 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 나타날 수 있는 에러 및 제어 이상을 방지할 수 있는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈에 있어서, 정수 및 유리수를 생성하는 제어 수 생성부, 상기 정수의 종류에 따라 상기 정수를 변환하여 변환된 정수를 출력하는 정수 변환부, 상기 정수의 종류에 따라 상기 유리수를 변환하여 변환된 유리수를 출력하는 유리수 변환부, 상기 변환된 유리수를 변조하여 변조된 유리수를 출력하는 변조기 및 상기 변환된 정수 및 상기 변조된 유리수를 이용하여 분주비를 출력하는 분주비 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 발생하는 유리수의 비연속성을 개선함으로써 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 나타날 수 있는 에러 및 제어 이상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 구조를 나타낸다.
도 2는 종래 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈의 구조를 나타낸다.
도 3은 도 2의 제어 수 생성부에서 생성되는 정수의 증가에 따른 분주비의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2의 제어 수 생성부(202)에서 생성되는 정수의 증가에 따라 분주비 생성부(206)로 입력되는 정수의 변화 및 변조기(204)로 입력되는 유리수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈의 구조를 나타낸다.
도 6은 도 5의 제어 수 생성부(502)에서 생성되는 정수의 증가에 따라 분주비 생성부(510)로 입력되는 정수의 변화 및 변조기(508)로 입력되는 유리수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래 기술에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 루프 필터 전압 측정값을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 제어 모듈에 의해 제어되는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 루프 필터 전압 측정값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기에 의한 전자파 장해(EMI) 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 출력되는 발진 신호의 출력 파형을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법의 흐름도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 구조를 나타낸다.
도 1에 도시된 확산 스펙트럼 클럭 발생기는 PLL(Phase Locked Loop) 기반의 클럭 발생기이다. 전압에 따라 주파수가 변하는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)(108)에서 출력되는 발진 신호는 분주기(110)를 통해 분주된 주파수를 갖는 분주 신호가 된다. 이 때 분주기(110)는 제어 모듈(112)에 서 출력된 분주비(M)에 따라 발진 신호를 분주하여 분주 신호를 출력한다.
위상 검출기(Phase Frequency Detector, PFD)(102)는 입력된 분주 신호의 주파수 및 위상차를 기준 신호와 비교한다. 위상 검출기(102)에서 비교된 주파수 및 위상차는 전하 펌프(Charge Pump, CP)(104)로 전달되고, 전하 펌프104)는 전달된 위상차에 따른 전하를 루프 필터(Loop Filter, LF)(106)에 공급한다. 루프 필터(106)는 특정 대역의 주파수를 갖는 신호만을 통과시키면서 해당 신호를 전압으로 변환하여 출력한다. 루프 필터(106)에서 출력된 전압은 전압 제어 발진기(108)의 입력 전압이 된다. 이와 같은 피드백 제어를 통해 도 1의 확산 스펙트럼 클럭 발생기는 기준 신호의 주파수와 분주 신호의 주파수를 일치시킨다.
이 때, 발진 신호의 주파수를 Fo, 분주 신호의 주파수를 Fvd, 기준 신호의 주파수를 Fin 이라고 정의하면, 발진 신호의 주파수(Fo)는 다음과 같이 결정된다.
Figure 112014015091375-pat00001
따라서 분주비(M)를 확산 스펙트럼이 되도록 제어하면 출력 주파수 또한 확산 스펙트럼을 갖게되므로 목표로 하는 확산 스펙트럼 클럭 신호를 만들 수 있다.
도 2는 종래 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈의 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제어 수 생성부(Control Number Generator)(202)는 분주비(M)를 생성하기 위한 정수(N) 및 유리수(F)를 출력한다. 여기서 유리수(F)는 0 이상 1 미만의 수이다.
제어 수 생성부(202)에서 출력된 유리수(F)는 변조기(Fractional Sigma Delta Modulator)(204)로 입력된다. 변조기(204)는 입력된 유리수(F)를 변조하여 변조된 유리수(SD)를 출력하는데, 변조된 유리수(SD)의 평균 값은 입력된 유리수(F)와 같게 된다.
Figure 112014015091375-pat00002
분주비 생성부(206)는 제어 수 생성부(202)로부터 출력된 정수(N) 및 변조기(204)로부터 출력된 변조된 유리수(SD)를 이용하여 다음과 같이 분주비를 생성한다.
Figure 112014015091375-pat00003
도 3은 도 2의 제어 수 생성부(202)에서 생성되는 정수의 증가에 따른 분주비의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 정수가 증가함에 따라 분주비도 선형적으로 증가한다.
도 4는 도 2의 제어 수 생성부(202)에서 생성되는 정수의 증가에 따라 분주비 생성부(206)로 입력되는 정수의 변화 및 변조기(204)로 입력되는 유리수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 종래 제어 모듈(도 2)의 제어 수 생성부(202)에서 생성되는 정수가 증가함에 따라 분주비 생성부(206)로 입력되는 정수는 계단식으로 증가한다. 이는 도 2에 나타난 바와 같이 제어 수 생성부(202)에서 생성되는 정수가 곧바로 분주비 생성부(206)로 입력되기 때문이다.
그러나 제어 수 생성부(202)에서 생성되는 정수가 다음 정수로 바뀌는 구간에서 유리수(F)는 최대값에서 최소값으로 급격히 변동되고, 그 결과 도 4와 같은 비연속 지점(402 내지 406)이 발생하게 된다. 이러한 비연속성으로 인해, 제어 모듈의 에러 및 그에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 이상이 발생하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈의 구조를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제어 수 생성부(502)는 정수(N) 및 유리수(F)를 출력한다. 여기서 유리수(F)는 0 이상 1 미만의 수이다.
정수 변환부(506)는 정수(N)를 입력받고, 입력된 정수(N)를 변환하여 변환된 정수(N1)를 출력한다. 정수 변환부(506)는 제어 수 생성부(502)에서 출력된 정수(N)의 종류에 따라 정수(N)를 변환하여 변환된 정수(N1)를 출력하는데, 정수(N)가 짝수이면 입력된 정수를 그대로 출력하고(N1 = N), 정수(N)가 홀수이면 정수에 1을 더한 값을 변환된 정수로 출력한다(N1 = N + 1).
본 발명의 일 실시예에서, 정수 변환부(506)는 제어 수 생성부(502)로부터 출력된 정수(N)의 종류가 홀수인지 짝수인지 여부를 판단하는 정수 판단부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
유리수 변환부(504)는 유리수(F)를 입력받고, 입력된 유리수(F)를 변환하여 변환된 유리수(F1)를 출력한다. 유리수 변환부(504)는 제어 수 생성부(502)에서 출력된 정수(N)의 종류에 따라 유리수(F)를 변환하여 변환된 유리수를 출력하는데, 정수(N)가 짝수이면 입력된 유리수(F)를 그대로 출력하고(F1 = F), 정수(N)가 홀수이면 1에서 입력된 유리수(F)를 뺀 값을 변환된 유리수(F1)로 출력한다(F1 = 1 - F).
변조기(508)는 유리수 변환부(504)에서 출력된 변환된 유리수(F1)를 변조하여 변조된 유리수(SD)를 출력한다. 도 5에는 변조기(508)로서 Fractional SDM이 사용되나, 다른 종류의 변조기 또한 사용될 수 있다.
분주비 생성부(510)는 변환된 정수(N1) 및 변조된 유리수(SD)를 이용하여 분주비(M)를 생성 및 출력한다. 분주비 생성부(510)는 제어 수 생성부(502)에서 출력된 정수(N)의 종류에 따라 분주비(M)를 생성하는데, 정수(N)가 짝수이면 변환된 정수(N1)와 변조된 유리수(SD)를 더한 값을 이용하여 분주비(M)를 생성하고(M = N1 + SD), 정수(N)가 홀수이면 변환된 정수(N1)에서 변조된 유리수(SD)를 뺀 값을 이용하여 분주비를 생성한다(M = N1 - SD).
이와 같이 본 발명에 의한 제어 모듈에 의해 생성된 분주비(M)는 도 1에 나타난 분주기(110)로 입력되어 확산 스펙트럼 클럭 발생기를 제어하는데 사용된다.
도 5에 도시된 본 발명의 제어 모듈에 따르면 도 3과 마찬가지로 제어 수 생성부(502)에 의해 출력되는 정수(N)의 증가에 따라 선형적으로 증가하는 분주비(M)를 얻을 수 있다.
도 6은 도 5의 제어 수 생성부(502)에서 생성되는 정수의 증가에 따라 분주비 생성부(510)로 입력되는 정수의 변화 및 변조기(508)로 입력되는 유리수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 제어 수 생성부(502)에서 생성된 정수(N)의 종류에 따라 정수 변환부(506)의 변환을 거친 변환된 정수(N1)가 분주비 생성부(510)로 입력된다. 따라서 본 발명에 따른 제어 모듈의 제어 수 생성부(502)에서 생성되는 정수(N)가 증가함에 따라 분주비 생성부(510)로 입력되는 정수(N1)는 종래 기술과는 다르게 변화한다.
한편, 제어 수 생성부(502)에서 생성된 유리수(F)는 제어 수 생성부(502)에서 생성된 정수(N)의 종류에 따라 유리수 변환부(504)의 변환을 거친다. 이에 따라 변조기(508)로 입력되는 유리수(F1)는 최대값 지점(602, 606) 또는 최소값 지점(604)에서 종래 기술과는 달리 비연속성을 나타내지 않는다. 이로 인해 본 발명에 따른 제어 모듈은 유리수의 비연속성으로 인한 에러 및 그에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 이상을 유발하지 않으면서 종래와 동일한 분주비(M)를 생성할 수 있다.
도 7은 종래 기술에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 루프 필터 전압 측정값을 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 제어 모듈에 의해 제어되는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 루프 필터 전압 측정값을 나타내는 그래프이다.
루프 필터의 출력 전압은 전압 제어 발진기의 주파수 이득을 통해 주파수로 변환되므로, 출력 전압을 통해 시스템의 주파수를 알 수 있다. 도 7을 참조하면, 종래 기술에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 경우 분주비(M)를 구성하는 정수값이 변할 때 유리수의 비연속점에 의한 에러가 발생하게 되며 이러한 에러가 출력 전압 곡선 상에서도 나타남을 확인할 수 있다(704 내지 708).
그러나 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 제어 모듈은 유리수의 비연속성으로 인한 에러를 발생시키지 않으므로 도 8과 같이 분주비(M)를 구성하는 정수값의 변화에도 불구하고 전압 곡선 상에서 에러가 나타나지 않음을 알 수 있다(804 내지 808).
도 9는 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기에 의한 전자파 장해(EMI) 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기를 이용하여 1GHz 고정 클럭을 0.5% 대역 확산 주파수(0.9975GHz~1.0025GHz)로 변환한 결과 -29.25dBm의 EMI가 감소됨을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기에서 출력되는 발진 신호의 출력 파형을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기를 이용하여 1GHz 고정 클럭을 0.5% 대역 확산 주파수(0.9975GHz~1.0025GHz)로 변환한 결과 64.44ps의 지터 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법의 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 먼저 정수 및 유리수를 생성한다(1102). 그 다음, 생성된 정수의 종류에 따라 생성된 정수를 변환하여 변환된 정수를 출력하고(1104), 생성된 정수의 종류에 따라 생성된 유리수를 변환하여 변환된 유리수를 출력한다(1106).
본 발명의 일 실시예에서, 변환된 정수를 출력하는 단계(1104)는 생성된 정수가 짝수이면 생성된 정수를 그대로 출력하는 단계 및 생성된 정수가 홀수이면 생성된 정수에 1을 더한 값을 변환된 정수로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 변환된 유리수를 출력하는 단계(1106)는 생성된 정수가 짝수이면 생성된 유리수를 그대로 출력하는 단계 및 생성된 정수가 홀수이면 1에서 생성된 유리수를 뺀 값을 변환된 유리수로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법은 단계(1102)에서 생성된 정수의 종류가 홀수인지 짝수인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 변환된 정수 및 변환된 유리수의 출력 후, 변환된 유리수를 변조하여 변조된 유리수를 출력한다(1108). 본 발명의 일 실시예에서, 변조된 유리수를 출력하는 단계(1108)는 Fractional SDM(Sigma Delta Modulator)에 의해 수행될 수 있다.
마지막으로, 변환된 정수 및 변조된 유리수를 이용하여 분주비를 출력한다(1110). 본 발명의 일 실시예에서, 분주비를 출력하는 단계(1110)는 단계(1102)에서 생성된 정수가 짝수이면 변환된 정수와 변조된 유리수를 더한 값을 이용하여 분주비를 생성하는 단계 및 단계(1102)에서 생성된 정수가 홀수이면 변환된 정수에서 변조된 유리수를 뺀 값을 이용하여 분주비를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 정수 및 유리수를 생성하는 제어 수 생성부;
    상기 정수의 종류에 따라 상기 정수를 변환하여 변환된 정수를 출력하는 정수 변환부;
    상기 정수의 종류에 따라 상기 유리수를 변환하여 변환된 유리수를 출력하는 유리수 변환부;
    상기 변환된 유리수를 변조하여 변조된 유리수를 출력하는 변조기; 및
    상기 변환된 정수 및 상기 변조된 유리수를 이용하여 분주비를 출력하는 분주비 생성부를 포함하고,
    상기 분주비 생성부는
    상기 정수가 짝수이면 상기 변환된 정수와 상기 변조된 유리수를 더한 값을 이용하여 분주비를 생성하고,
    상기 정수가 홀수이면 상기 변환된 정수에서 상기 변조된 유리수를 뺀 값을 이용하여 분주비를 생성하는
    확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정수 변환부는
    상기 정수가 짝수이면 상기 정수를 그대로 출력하고,
    상기 정수가 홀수이면 상기 정수에 1을 더한 값을 상기 변환된 정수로 출력하는
    확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리수 변환부는
    상기 정수가 짝수이면 상기 유리수를 그대로 출력하고,
    상기 정수가 홀수이면 1에서 상기 유리수를 뺀 값을 상기 변환된 유리수로 출력하는
    확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정수의 종류가 홀수인지 짝수인지 여부를 판단하는 정수 판단부를
    더 포함하는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는
    Fractional SDM(Sigma Delta Modulator)인
    확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 모듈.
  6. 삭제
  7. 정수 및 유리수를 생성하는 단계;
    상기 정수의 종류에 따라 상기 정수를 변환하여 변환된 정수를 출력하는 단계;
    상기 정수의 종류에 따라 상기 유리수를 변환하여 변환된 유리수를 출력하는 단계;
    상기 변환된 유리수를 변조하여 변조된 유리수를 출력하는 단계; 및
    상기 변환된 정수 및 상기 변조된 유리수를 이용하여 분주비를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 분주비를 출력하는 단계는
    상기 정수가 짝수이면 상기 변환된 정수와 상기 변조된 유리수를 더한 값을 이용하여 분주비를 생성하는 단계; 및
    상기 정수가 홀수이면 상기 변환된 정수에서 상기 변조된 유리수를 뺀 값을 이용하여 분주비를 생성하는 단계를
    포함하는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변환된 정수를 출력하는 단계는
    상기 정수가 짝수이면 상기 정수를 그대로 출력하는 단계; 및
    상기 정수가 홀수이면 상기 정수에 1을 더한 값을 상기 변환된 정수로 출력하는 단계를
    포함하는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 변환된 유리수를 출력하는 단계는
    상기 정수가 짝수이면 상기 유리수를 그대로 출력하는 단계; 및
    상기 정수가 홀수이면 1에서 상기 유리수를 뺀 값을 상기 변환된 유리수로 출력하는 단계를
    포함하는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 정수의 종류가 홀수인지 짝수인지 여부를 판단하는 단계를
    더 포함하는 확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 변조된 유리수를 출력하는 단계는
    Fractional SDM(Sigma Delta Modulator)에 의해 수행되는
    확산 스펙트럼 클럭 발생기의 제어 방법.
  12. 삭제
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