CN106843595B - 一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置 - Google Patents

一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置，与中央处理器连接，包括指纹模组、LCM模组和连接器；LCM模组包括触摸屏盖板、电路板和金属底板；指纹模组设置在触摸屏盖板和金属底板之间，连接器设置在LCM模组的电路板上，指纹模组的信号线和LCM模组的信号线均与连接器电连接，连接器与中央处理器电连接；指纹模组输出的信号、LCM模组输出的信号通过连接器与中央处理器进行数据交互。将指纹模组内嵌到触摸屏中，与LCM模组共用一个连接器。从结构上看不会产生缝隙，解决了静电使指纹模组失效的问题，还省去了现有指纹模组独立的连接器，节省了手机内部以及电路板的空间。从而解决了静电、装配不良、接口占用空间的问题。

Description

一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及的是一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置。
背景技术
智能手机作为电子消费品在广大用户的工作、生活中占有重要的位置。自从带有指纹识别功能的智能手机问世，指纹识别也逐渐成为实力厂商、旗舰新机的风向标。指纹识别在智能手机上的应用得到了前所未有的普及，而前置或后置指纹识别也逐渐成为了高端手机产品所必备的特质。
目前市场中，支持指纹识别的手机已经不少，其中iPhone5s/6/6 Plus/7是前置指纹识别手机的代表体验最为出色。在安卓阵营里，OPPO、VIVO、华为、小米等厂商都相继推出前置指纹识别的新机。目前市面上的前置指纹识别方案，在硬件上将指纹模组作为一个独立模块通过相应的接口连接到中央处理器，结构上在触摸屏底部中心区域预留指纹模组的孔位，通过结构嵌套将指纹识别做到手机正面触摸屏底部中心区域，便于操作。
但是，此种结构嵌套方案有以下缺点：
1、指纹是用户经常使用到的，很容易产生静电，结构上指纹模组与触摸屏边缘会留有缝隙，静电很容易通过缝隙进入内部，导致指纹模组失效或产生其他问题。
2、由于指纹模组和触摸屏是两个相独立的模块，手机组装生产中往往会出现装配不良、偏位等问题；
3、指纹模组作为独立的模块通过独立的接口与中央处理器连接，LCD显示模组也需要独立的接口连接中央处理器，指纹模组的***电路与接口需要占用本来就已经十分有限的手机内部空间以及PCB空间。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置，以解决现有指纹模组与触摸屏相互独立设置导致的静电和接口占用空间的问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置，与中央处理器连接，其包括指纹模组、LCM模组和连接器；所述LCM模组包括触摸屏盖板、电路板和金属底板；所述指纹模组设置在触摸屏盖板和金属底板之间，连接器设置在LCM模组的电路板上，指纹模组的信号线和LCM模组的信号线均与连接器电连接，连接器与中央处理器电连接；指纹模组输出的信号、LCM模组输出的信号通过连接器与中央处理器进行数据交互。
所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中，所述指纹模组包括指纹传感器、指纹芯片和指纹模组支架；所述指纹传感器采集触摸屏盖板的指纹识别区域的电容量的变化并传输给指纹芯片，指纹芯片将电容量的变化转换成相应的指纹图像，通过连接器传输至中央处理器中进行指纹图像识别，指纹模组支架用于将电路板固定在触摸屏盖板和金属底板之间。
所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中，所述指纹模组支架的顶面与触摸屏盖板的内侧面抵接固定，指纹模组支架的底面与金属底板的内侧面抵接固定，电路板固定在指纹模组支架的台阶面上；所述指纹传感器设置在电路板的一面并紧贴触摸屏盖板的下方，所述指纹芯片设置在电路板的另一面。
所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中，所述连接器包括接口、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述第一电容的一端连接接口的第16脚，第二电容的一端连接接口的第13脚，第三电容的一端连接接口的第14脚，第四电容的一端连接接口的第15脚；第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端和第四电容的另一端相互连接并接地；接口的第13脚连接1.8V的电源，接口的第14脚连接2.8V的电源，接口的第15脚连接TP电源，接口的第16脚连接AVDD电源；
第一电阻的一端连接接口的第5脚，第一电阻的另一端连接LCM模组的同步检测脚，第二电阻的一端连接接口的第6脚，第二电阻的另一端连接LCM模组的屏复位脚，第三电阻的一端连接接口的第7脚，第三电阻的另一端连接LCM模组的ID脚；
所述LCM模组的第一背光脚、偏压电源正脚、第二背光脚、偏压电源负脚、第四数据1脚、第四数据2脚、第三数据1脚、第三数据2脚、第二数据1脚、第二数据2脚、第一数据1脚、第一数据2脚、时钟1脚、时钟2脚与接口的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第27脚、第28脚、第30脚、第31脚、第33脚、第34脚、第36脚、第37脚、第39脚、第40脚一对一连接；
指纹模组的MOSI输入脚、CLK时钟脚、MISO输出脚、SS同步脚与接口的第22脚、第23脚、第24脚、第25脚一对一连接；接口的第12脚、第21脚、第26脚、第29脚、第32脚、第35脚、第38脚、第41脚、第42脚、第43脚和第44脚均接地；
将指纹模组和LCM模组的所有信号合并到接口上，将指纹模组的芯片及***电路整合到LCM模组上，用双击实现HOME键功能。
所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中，所述接口的型号为AXE540127D。
所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中，所述连接器还包括第一TVS管、第二TVS管、第三TVS管、第四TVS管和第五TVS管；所述第一TVS管的一端连接第一电容的一端和接口的第16脚，第二TVS管的一端连接接口的第17脚，第三TVS管的一端连接接口的第18脚，第四TVS管的一端连接接口的第19脚，第五TVS管的一端连接接口的第20脚；第一TVS管的另一端、第二TVS管的另一端、第三TVS管的另一端、第四TVS管的另一端和第五TVS管的另一端相互连接并接地；接口的第17脚连接SHUTDOWN复位信号，接口的第18脚连接IRQ中断信号，接口的第19脚连接指纹ID检测信号，接口的第20脚连接主控HOME键控制信号。
所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中，所述连接器还包括第六TVS管、第七TVS管、第八TVS管、第九TVS管和第十TVS管；所述第六TVS管的一端连接接口的第8脚，第七TVS管的一端连接接口的第9脚，第八TVS管的一端连接接口的第10脚，第九TVS管的一端连接接口的第11脚，第十TVS管的一端连接接口的第15脚；第六TVS管的另一端、第七TVS管的另一端、第八TVS管的另一端、第九TVS管的另一端和第十TVS管的另一端相互连接并接地；接口的第8脚连接SDA1信号，接口的第9脚连接SCL1信号，接口的第10脚连接触摸屏的复位信号，接口的第11脚连接CTP中断信号。
相较于现有技术，本发明提供的指纹模组与触摸屏内嵌的装置，包括指纹模组、LCM模组和连接器；所述LCM模组包括触摸屏盖板、电路板和金属底板；所述指纹模组设置在触摸屏盖板和金属底板之间，连接器设置在LCM模组的电路板上，指纹模组的信号线和LCM模组的信号线均与连接器电连接，连接器与中央处理器电连接；指纹模组输出的信号、LCM模组输出的信号通过连接器与中央处理器进行数据交互；通过将指纹模组内嵌到触摸屏中，从结构上看不会产生缝隙，就不会使静电通过缝隙进入LCM模组内部，解决了静电使指纹模组失效的问题。同时，指纹模组、LCM模组、中央处理器三者之间通过一个连接器连接，省去了现有技术中指纹模组独立的连接器，节省了手机内部以及电路板（即PCB板）的空间。这样该装置就解决了静电、装配不良、接口占用空间的问题。
附图说明
图1 是本发明提供的指纹模组与触摸屏内嵌的装置的示意图。
图2是本发明提供的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中指纹模组与LCM模组的截面图。
图3是本发明提供的指纹模组与触摸屏内嵌的装置中连接器的电路图。
具体实施方式
本发明提供一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置，通过将指纹模组内嵌到触摸屏上，从结构上看不会产生缝隙，硬件上连接采用统一接口与中央处理器连接，将指纹模组的芯片及***电路整合到LCM（LCD显示模组）上，省去了指纹模组独立的连接器，节省了手机内部以及PCB板空间，避免了静电和组装等导致的不良问题。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请同时参阅图1和图2，本发明提供的指纹模组与触摸屏内嵌的装置包括指纹模组10、LCM模组20和连接器30；所述LCM模组20包括从上到下依次设置的触摸屏盖板210、电路板220和金属底板230；所述指纹模组10设置在玻璃材质的触摸屏盖板210和金属底板230之间，连接器30设置在LCM模组20的电路板220上，指纹模组10的所有信号线和LCM模组20的所有信号线均与连接器30电连接，连接器30与中央处理器（即CPU）电连接。指纹模组10输出的所有信号、LCM模组20输出的所有信号通过连接器30与中央处理器进行交互。
指纹模组10设置在触摸屏盖板210和金属底板230之间，相当于将指纹模组10内嵌到触摸屏中，与LCM模组20共用一个连接器30，并通过连接器30与CPU进行信号数据交互实现对应的控制；从结构上看不会产生缝隙，就不会使静电通过缝隙进入LCM模组20内部，解决了静电使指纹模组失效的问题。同时，指纹模组10、LCM模组20、中央处理器三者之间通过一个连接器30连接，省去了现有技术中指纹模组独立的连接器，节省了手机内部以及电路板（即PCB板）的空间。这样该装置就解决了静电、装配不良、接口占用空间的问题。
本实施例中，所述指纹模组10包括指纹传感器110、指纹芯片120和指纹模组支架130。所述指纹模组支架130用于将电路板220固定在触摸屏盖板210和金属底板230之间，如图2所示，指纹模组支架130为阶梯式支架，所述指纹模组支架130的顶面与触摸屏盖板的内侧面抵接固定，指纹模组支架的底面与金属底板的内侧面抵接固定，电路板220可通过粘贴或焊接方式固定在阶梯式支架的台阶面上。所述指纹传感器110设置在电路板220的一面并紧贴触摸屏盖板210的下方，所述指纹芯片120设置在电路板220的另一面并与金属底板230相对。
在具体实施时，可在触摸屏盖板210上设置指纹识别区域来表示指纹传感器110所在位置。手指触摸到指纹识别区域时，手指就成为电容的另一面，由于手指平面凹凸不平，凸处和凹处接触触摸屏盖板210的实际距离大小不一致，形成的电容量也不一致，指纹传感器110采集电容量的变化并传输给指纹芯片120，指纹芯片120通过内部设置的算法将电容量的变化形成相应的指纹图像，通过连接器30传输至中央处理器中。中央处理器再根据指纹图像识别出唯一性的身份信息。
请一并参阅图3，所述指纹模组10输入输出的信号包括：指纹电源电压（分为3.3V的AVDD电源FP_AVDD和1.8V的输入输出端口电压VIO18_PMU）；SPI网络信号（分为SS同步信号FP_SPI_SS、CLK时钟信号FP_SPI_SCLK、MISO输出信号FP_SPI_MISO和MOSI输入信号FP_SPI_MOSI）；指纹ID检测信号FP_ID；IRQ中断信号FP_IRQ；SHUTDOWN复位信号FP_SHUTDOWN和主控HOME键控制信号HOMEKEY。其中，SPI网络信号是CPU和指纹芯片之间的通信信号组。MOSI输入信号是CPU到指纹芯片的输入信号，包含命令和地址序列的数据输入。MISO输出信号是指纹芯片到CPU的数据输出。CLK时钟信号FP_SPI_SCLK和SS同步信号FP_SPI_SS是CPU给指纹模组的时钟和同步信号。指纹电源电压（1.8V和3.3V）是给指纹模组提供的外部供电。
LCM模组20的所有信号包括5组MIPI线路（分为LCM_CLK_N/P、LCM_DATA0_N/P、LCM_DATA1_N/P、LCM_DATA2_N/P、LCM_ DATA3_N/P）；1.8V\2.8V的电源（VIO18_PMU、VIO28_PMU）；ID信号（GPIO_LCD_ID）；RST复位信号（包括屏的复位信号LCM_RST和触摸屏的复位信号GPIO62_CTP_RST）；LCD（液晶显示器）的背光电源（LEDA、LEDK）；CTP中断信号（EINT10_CTP）；偏压电源（AVDD+、AVDD-）；2.8V的TP电源（VGP1_2V8）；I2C线路（SDA1、SCL1）和LCD同步检测信号DSI_TE。
所述连接器30包括接口J1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述第一电容C1的一端连接接口J1的第16脚，第二电容C2的一端连接接口J1的第13脚，第三电容C3的一端连接接口J1的第14脚，第四电容C4的一端连接接口J1的第15脚；第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端和第四电容C4的另一端相互连接并接地；第一电阻R1的一端连接接口J1的第5脚，第一电阻R1的另一端连接LCM模组20的同步检测脚（DSI_TE），第二电阻R2的一端连接接口J1的第6脚，第二电阻R2的另一端连接LCM模组20的屏复位脚（LCM_RST），第三电阻R3的一端连接接口J1的第7脚，第三电阻R3的另一端连接LCM模组20的ID脚（GPIO_LCD_ID）。
所述LCM模组20的第一背光脚（LEDA）、偏压电源正脚（AVDD+）、第二背光脚（LEDK）、偏压电源负脚（AVDD-）、第四数据1脚（LCM_ DATA3_ P）、第四数据2脚（LCM_ DATA3_ N）、第三数据1脚（LCM_ DATA2_ P）、第三数据2脚（LCM_ DATA2_ N）、第二数据1脚（LCM_ DATA1_P）、第二数据2脚（LCM_ DATA1_ N）、第一数据1脚（LCM_ DATA0_ P）、第一数据2脚（LCM_DATA0_ N）、时钟1脚（LCM_ CLK_ P）、时钟2脚（LCM_ CLK_ N）与接口J1的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第27脚、第28脚、第30脚、第31脚、第33脚、34脚、第36脚、第37脚、第39脚、第40脚一对一连接。
指纹模组10的MOSI输入脚（FP_SPI_MOSI）、CLK时钟脚（FP_SPI_SCLK）、MISO输出脚（FP_SPI_MISO）、SS同步脚（FP_SPI_SS）与接口J1的第22脚、第23脚、第24脚、第25脚一对一连接。
其中，MOSI输入脚用于包含命令和地址序列的数据输入，MOSI输入信号FP_SPI_MOSI为串行输入信号。MISO输出脚用于将数据从设备中输出，MISO输出信号FP_SPI_MISO为串行输出信号。CLK时钟脚用于给设备提供一个时钟和用于控制数据流流入或者流出设备，CLK时钟信号FP_SPI_SCLK为串行时钟。SS同步脚用于选择设备。当 SS同步脚被释放时，设备将会被取消，且在此时设备的 MOSI 输入脚不接收任何数据。 SS同步脚上的电压从高到低的转变则实现启动操作，从低到高转变则为结束操作。
其中，所述接口J1的型号为AXE540127D，将***组和LCM模组的所有信号合并到一个接口J1上，把***组和LCM膜组作为一个整体再通过接口J1连接到CPU，由CPU统一控制。结构上，***组和LCM模组不再作为独立模块采用独立接口与CPU连接装配，而是将指纹模组作为LCM模组的一部分已经内嵌到LCM模组中。指纹模组内嵌后，其HMOE键功能也就不存在了，因此可以用双击指纹等方式实现HOME键功能。
进一步实施例中，所述连接器还包括第一TVS管V1、第二TVS管V2、第三TVS管V3、第四TVS管V4和第五TVS管V5；所述第一TVS管V1的一端连接第一电容C1的一端和接口J1的第16脚，第二TVS管V2的一端连接接口J1的第17脚，第三TVS管V3的一端连接接口J1的第18脚，第四TVS管V4的一端连接接口J1的第19脚，第五TVS管V5的一端连接接口J1的第20脚；第一TVS管V1的另一端、第二TVS管V2的另一端、第三TVS管V3的另一端、第四TVS管V4的另一端和第五TVS管V5的另一端相互连接并接地。
其中，第一TVS管V1、第二TVS管V2、第三TVS管V3、第四TVS管V4和第五TVS管V5均为双向TVS管。这5个TVS管分别从指纹模组的AVDD电源、SHUTDOWN复位信号、IRQ中断信号、指纹ID检测信号、主控HOME键（主页面键）控制信号对应的引脚并联接到地，起到防静电的作用、保护指纹芯片不被静电损坏。
进一步实施例中，所述连接器还包括第六TVS管V6、第七TVS管V7、第八TVS管V8、第九TVS管V9和第十TVS管V10；所述第六TVS管V6的一端连接接口J1的第8脚，第七TVS管V7的一端连接接口J1的第9脚，第八TVS管V8的一端连接接口J1的第10脚，第九TVS管V9的一端连接接口J1的第11脚，第十TVS管V10的一端连接接口J1的第15脚；第六TVS管V6的另一端、第七TVS管V7的另一端、第八TVS管V8的另一端、第九TVS管V9的另一端和第十TVS管V10的另一端相互连接并接地。
其中，第六TVS管V6、第七TVS管V7、第八TVS管V8、第九TVS管V9和第十TVS管V10均为双向TVS管（与上述的第一TVS管V1~第五TVS管V5的封装不同）。这一组TVS管分别从TP（触摸屏）的I2C信号、触摸屏的复位信号、CTP中断信号、2.8V电源的对应引脚上并联接地的，作用是防止TP受静电扰或损坏。
需要理解的是，CPU与指纹模组10、LCM模组20之间的信号处理和交互为现有技术，此处不作详述。指纹模组10、LCM模组20上还有其他模块结构，如电源模块、导光板等，此处仅阐述与本实施例有关的结构，其他不做赘述。
具体实施时，指纹模组可以内嵌到触摸屏上任何位置，例如屏幕下边缘上方的某个固定位置，以方便用户指纹识别且不影响触摸操作为主。
综上所述，本发明的指纹模组与触摸屏内嵌的装置，通过将指纹模组内嵌到触摸屏上，从结构上看不会产生缝隙，硬件上连接采用统一接口与中央处理器连接，将指纹模组的芯片及***电路整合到LCM模组上，省去了指纹模组独立的连接器，节省了手机内部以及PCB板空间，避免了静电、装配不良、接口占用空间的问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种指纹模组与触摸屏内嵌的装置，与中央处理器连接，其特征在于，包括指纹模组、LCM模组和连接器；所述LCM模组包括触摸屏盖板、电路板和金属底板；所述指纹模组设置在触摸屏盖板和金属底板之间，连接器设置在LCM模组的电路板上，指纹模组的信号线和LCM模组的信号线均与连接器电连接，连接器与中央处理器电连接；指纹模组输出的信号、LCM模组输出的信号通过连接器与中央处理器进行数据交互；
所述连接器包括接口、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述接口的型号为AXE540127D，所述第一电容的一端连接接口的第16脚，第二电容的一端连接接口的第13脚，第三电容的一端连接接口的第14脚，第四电容的一端连接接口的第15脚；第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端和第四电容的另一端相互连接并接地；接口的第13脚连接1.8V的电源，接口的第14脚连接2.8V的电源，接口的第15脚连接TP电源，接口的第16脚连接AVDD电源；
第一电阻的一端连接接口的第5脚，第一电阻的另一端连接LCM模组的同步检测脚，第二电阻的一端连接接口的第6脚，第二电阻的另一端连接LCM模组的屏复位脚，第三电阻的一端连接接口的第7脚，第三电阻的另一端连接LCM模组的ID脚；
所述LCM模组的第一背光脚、偏压电源正脚、第二背光脚、偏压电源负脚、第四数据1脚、第四数据2脚、第三数据1脚、第三数据2脚、第二数据1脚、第二数据2脚、第一数据1脚、第一数据2脚、时钟1脚、时钟2脚与接口的第1脚、第2脚、第3脚、第4脚、第27脚、第28脚、第30脚、第31脚、第33脚、第34脚、第36脚、第37脚、第39脚、第40脚一对一连接；
指纹模组的MOSI输入脚、CLK时钟脚、MISO输出脚、SS同步脚与接口的第22脚、第23脚、第24脚、第25脚一对一连接；接口的第12脚、第21脚、第26脚、第29脚、第32脚、第35脚、第38脚、第41脚、第42脚、第43脚和第44脚均接地；
将指纹模组和LCM模组的所有信号合并到接口上，将指纹模组的芯片及***电路整合到LCM模组上，用双击实现HOME键功能。
2.根据权利要求1所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置，其特征在于，所述指纹模组包括指纹传感器、指纹芯片和指纹模组支架；所述指纹传感器采集触摸屏盖板的指纹识别区域的电容量的变化并传输给指纹芯片，指纹芯片将电容量的变化转换成相应的指纹图像，通过连接器传输至中央处理器中进行指纹图像识别，指纹模组支架用于将电路板固定在触摸屏盖板和金属底板之间。
3.根据权利要求2所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置，其特征在于，所述指纹模组支架的顶面与触摸屏盖板的内侧面抵接固定，指纹模组支架的底面与金属底板的内侧面抵接固定，电路板固定在指纹模组支架的台阶面上；所述指纹传感器设置在电路板的一面并紧贴触摸屏盖板的下方，所述指纹芯片设置在电路板的另一面。
4.根据权利要求3所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置，其特征在于，所述连接器还包括第一TVS管、第二TVS管、第三TVS管、第四TVS管和第五TVS管；所述第一TVS管的一端连接第一电容的一端和接口的第16脚，第二TVS管的一端连接接口的第17脚，第三TVS管的一端连接接口的第18脚，第四TVS管的一端连接接口的第19脚，第五TVS管的一端连接接口的第20脚；第一TVS管的另一端、第二TVS管的另一端、第三TVS管的另一端、第四TVS管的另一端和第五TVS管的另一端相互连接并接地；接口的第17脚连接SHUTDOWN复位信号，接口的第18脚连接IRQ中断信号，接口的第19脚连接指纹ID检测信号，接口的第20脚连接主控HOME键控制信号。
5.根据权利要求3或4所述的指纹模组与触摸屏内嵌的装置，其特征在于，所述连接器还包括第六TVS管、第七TVS管、第八TVS管、第九TVS管和第十TVS管；所述第六TVS管的一端连接接口的第8脚，第七TVS管的一端连接接口的第9脚，第八TVS管的一端连接接口的第10脚，第九TVS管的一端连接接口的第11脚，第十TVS管的一端连接接口的第15脚；第六TVS管的另一端、第七TVS管的另一端、第八TVS管的另一端、第九TVS管的另一端和第十TVS管的另一端相互连接并接地；接口的第8脚连接SDA1信号，接口的第9脚连接SCL1信号，接口的第10脚连接触摸屏的复位信号，接口的第11脚连接CTP中断信号。
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