CN112105242A - 网格网络装置的无源热控制***和相关网格网络装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及网格网络装置的无源热控制***和相关网格网络装置。描述了集成到网格网络装置中的无源热控制***。可包含热沉和多个散热器的无源热控制***使得源于网格网络装置的集成电路装置以及网格网络装置的扬声器模块的热可被传递到网格网络装置的其它部件,诸如网格网络装置的外壳部件。然后,热可被消散到外部环境,以维持网格网络装置的期望热分布。
Description
技术领域
本公开涉及网格网络装置的无源热控制***和相关网格网络装置。
背景技术
网格网络是一种包含多个节点的网络,这些节点链接在一起以提高网络性能和网络可接入性。作为实例,支持无线局域网(WLAN)的网格网络可包含跨区域链接在一起的多个无线节点。每个无线节点或网格网络装置可向无线装置提供对WLAN的接入,并与其它网格网络装置交换网络信息。总的来说,多个网格网络装置的集合功能提高跨区域与WLAN的连接性,并提高数据交换的效率。
在一些实例中,网格网络装置可以是包含语音助手的范围扩展的网格网络装置。网格网络装置可以是小型的,并包含产生热的多个电子子***。电子子***的示例是填充有各种集成电路(IC)装置的印刷电路板(PCB)。电子子***的另一示例是可由语音助手使用的扬声器模块。
为了从电子子***消散热并避免电子子***的退化,可使用热控制***。然而,诸如使冷却剂或液体循环的热控制***的有源热控制***由于形状因素和/或功耗的考虑可能是不可行的。
发明内容
本文描述集成到网格网络装置中的无源热控制***。可包含热沉和多个散热器的无源热控制***使得源于网格网络装置的填充PCB的IC装置以及网格网络装置的扬声器模块的热可被传递到网格网络装置的其它部件,诸如,网格网络装置的外壳部件。然后,热可被消散到外部环境,以维持网格网络装置的期望热分布。
在一些方面中,描述一种设备。该设备包含PCB、扬声器模块和无源热控制***。无源热控制***被配置成将由扬声器模块和填充PCB的一个或多个集成电路(IC)部件产生的热消散到围绕该设备的外部环境。无源热控制***包含通常为圆柱形的热沉,该热沉具有与一个或多个IC装置热接触的内部盘状主体。无源热控制***进一步包含附接到盘状主体的表面的第一平坦散热器以及附接到扬声器模块的表面的第二平坦散热器。
在其它方面中,描述一种设备。该设备包含热沉,该热沉具有从中心轴线径向延伸并限定周边的盘状主体。盘状主体具有第一表面,该第一表面基本上正交于中心轴线并与第一表面相对。平坦散热器附接到第一表面。盘状主体还具有第二表面,该第二表面基本上正交于中心轴线并与第一表面相对。一个或多个基座形成到第二表面上。所述一个或多个基座使用一种或多种热界面材料而热接触该设备的一个或多个相应集成电路装置。
热沉还包含一个或多个鳍(fin)区域,所述一个或多个鳍区域中的每一个在基本上平行于中心轴线的方向上从主体的周边的相应部分延伸。所述一个或多个鳍区域中的每一个具有面向中心轴线的内表面和相对外表面。
在附图和下文描述中阐述一个或多个实现方式的细节。从描述、附图以及权利要求书其它特征和优点将变得清楚。提供本发明内容以介绍在具体实施方式和附图中进一步描述的主题。因此,读者不应认为发明内容描述基本特征并限制所主张的主题的范围。
附图说明
下文描述用于网格网络装置的无源热控制***和相关联的网格网络装置的一个或多个方面的细节。在说明书和附图中在不同实例中使用相同附图标记可指示相同元件:
图1图示了包含具有无源热控制***的网格网络装置的示例操作环境。
图2图示了可被包含在网格网络装置中的示例热沉的俯视等角视图。
图3图示了可被包含在网格网络装置中的示例热沉的仰视等角视图。
图4图示了可被包含在网格网络装置中的示例扬声器模块子组件的俯视等角视图。
图5图示了可被包含在网格网络装置中的示例PCB的俯视平面图。
图6图示了可被包含在网格网络装置中的示例PCB的仰视平面图。
图7图示了可被包含在网格网络装置中的热界面材料(TIM)的示例布置的等角视图。
图8图示了示例网格网络装置内的示例热流路径的细节。
具体实施方式
本文描述集成到网格网络装置中的无源热控制***。可包含热沉和多个散热器的无源热控制***被结构化成使得源于网格网络装置的IC装置以及网格网络装置的扬声器模块的热可被传递到网格网络装置的其它部件,诸如,外壳部件。然后,热可被消散到外部环境,以维持网格网络装置的期望热分布。
通常,热传递是由于温度差而传输的能量。如果诸如网格网络装置的***的部件之间存在一个或多个温度差,那么热(例如,以焦耳(J)为单位的能量)将从较高温度区传递到较低温度区以减小温度差。***的部件之间的热传递存在若干机制来减小温度差,其包含对流、辐射和传导。
对流或由于诸如气体和液体的流体内的分子的移动所致的从表面进行的热传递可由下面等式(1)量化:
qconv=hA(Ts-T∞) (1)
对于等式(1),qconv表示通过对流从表面进行的热传递的速率(例如,以焦耳/秒或瓦特(W)为单位),h表示对流热传递系数(例如,以瓦特/平方米(W/m2)为单位),Ts表示表面的温度(例如,以开尔文(K)或摄氏度(℃)为单位),并且T∞表示表面所暴露到的流体的温度(例如,以K或℃为单位)。项A表示表面的面积(例如,以m2为单位)。
辐射或通过电磁辐射从表面进行的热传递可由下面等式(2)量化:
对于等式(2),qrad表示通过辐射进行的热传递的速率(例如,以W为单位),ε表示发射率(无量纲),σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数(例如,σ=5.67x10-8W/(m2·K4)),Ts表示表面的温度(例如,以K或℃为单位),并且Tsurr表示表面的周围的温度(例如,以K或℃为单位)。项A表示表面的面积(例如,以m2为单位)。
传导或通过原子和分子活动通过固体主体进行的热传递可由下面等式(3)量化:
对于等式(3),qcond表示通过传导在固体材料中进行的热传递的速率(例如,以W为单位),k表示固体材料的热导率(例如,以W/(m·K)为单位),并且dT/dx表示通过固体材料的温度梯度(例如,以K/m或℃/m为单位)。项A表示固体材料的横截面积(例如,以m2为单位)。
在通过对流热传递机制、辐射热传递机制或传导热传递机制中的一种或多种从一个物理主体到另一个物理主体的热传递的实例中,物理主体可以热接触。在一些实例中,这可包含主体之间或与位于主体之间的材料(例如,TIM)之间的直接物理接触,从而实现主体之间的基于传导的热传递。在其它实例中,这可包含主体之间的空气间隙,该空气间隙使得能够主体之间的基于对流和/或基于辐射的热传递。
网格网络装置可包含无源热控制***,该无源热控制***使用上文所述的热传递机制中的一种或多种来传递热。通常并且根据等式(1)和(2),热传递的速率和/或量可通过增大或减小网格网络装置内的对流和/或辐射的表面积(例如,增大或减小平坦散热器的表面积)来变化。根据等式(3)并且在无源热控制***内,热传递的速率和/或量也可通过在表面之间引入具有高热导率的一种或多种热界面材料(TIM)来变化。
通过传导、对流和辐射热传递机制,如以上等式(1)至(3)所描述和量化的,无源热控制***可将源自网格网络装置内的发热电子装置的热传递到网格网络装置的外壳部件的内表面。然后,外壳部件的外表面可通过对流和/或辐射将热消散到外部环境,从而有效防止可包含发热电子装置的电子子***的退化。
虽然所描述的无源热控制***的特征和概念可被实施在任何数量的不同环境、设备和/或各种配置中,但在下文实例的上下文中描述方面。
图1图示了包含网格网络装置102的示例操作环境100。网格网络装置102包含多个电子装置,包含填充有一个或多个IC装置的PCB 104。网格网络装置102还包含扬声器模块106。
网格网络装置102可用作无线网格网络(例如,符合IEEE 802.11通信协议(Wi-Fi)的WLAN网络)的节点。通常,网格网络装置102可将其它无线装置(例如,无线电话、膝上型计算机)无线耦合到无线网格网络。
在一些实例中,网格网络装置102可包含语音助手,以从网格网络装置102的用户接收听觉输入。例如,网格网络装置102可通过扬声器模块106并从网格网络装置102的用户接收语音命令,网格网络装置102将该语音命令传输到通过无线网格网络可用(例如,从云计算环境可用或通过网格网络装置102无线耦合到的另一装置可用)的一个或多个应用。作为示例,语音命令可传输到支持家庭自动化或安全***的远程应用。
作为另一示例,网格网络装置102可通过扬声器模块从网格网络装置102的用户接收语音查询。网格网络装置102可将语音查询传输到通过无线网格网络可用(例如,从云计算环境可用或通过网格网络装置102无线耦合到的另一装置可用)的一个或多个其它应用。在一些实例中,语音查询可指引搜索由通过无线网格网络可用的搜索引擎执行。在其它实例中,语音查询可指引媒体通过网格网络装置102的扬声器模块106被流式传输(例如,通过网格网络装置102播放音乐)。
通常并且在执行操作(例如,无线耦合其它装置、接收语音命令、接收语音查询、播放媒体)时,填充在PCB 104上的一个或多个IC装置和扬声器模块106可在网格网络装置102内产生内部热负荷108。为了管理网格网络装置102内的内部热负荷108(例如,防止热失控或对网格网络装置102的电子***的损坏),可使用无源热控制***110。
无源热控制***110可包含多个元件,包含热沉112、热沉散热器114和扬声器模块散热器116(在图1中不可见)。在一些实例中,无源热控制***110还可包含多种热界面材料(TIM)。
热沉112可以是大体上圆柱形形状的,由金属材料(例如,铝材料、镁材料)压铸而成。热沉散热器114和扬声器模块散热器116各自可以是大体上椭圆形(或大体上圆形)形状的。热沉散热器114和扬声器模块散热器116各自还可以是大体上平坦的,由石墨材料的相应片材形成。
无源热控制***110的元件(例如,热沉112、热沉散热器114、扬声器模块散热器116)将内部热负荷108(例如,以瓦特为单位的热传递的速率qi)传导、散发和传递到网格网络装置102的外壳部件118或网格网络装置的底座120。然后,外壳部件118可将内部热负荷108(例如,使用热对流热传递机制和/或热辐射热传递机制)消散到外部环境。在一些实例中并且取决于无源热控制***110的配置,内部热负荷108的传递到外壳部件118的部分可以变化。
无源热控制***110进一步维持网格网络装置102的期望热分布。作为示例,当网格网络装置102在25℃的环境条件下操作时,由无源热控制***110进行的内部热负荷108的传导、散发和传递可将外壳部件118的表面温度维持在或低于约摄氏67度(℃)的温度。无源热控制***110还可将填充PCB 104的IC装置的结温度维持在不同的相应温度阈值或低于不同的相应温度阈值。
图2图示了示例热沉和示例热沉散热器(例如,图1的热沉112和热沉散热器114)的俯视等角视图200。如图示,热沉112包含主体202,该主体是大体上盘状的(例如,热沉112的中间区域),从中心轴线204径向延伸以限定周边。主体202包含基本上正交于中心轴线204的第一大体上平坦的表面206(位于图2中的热沉散热器114下方)。热沉散热器114可附接到第一大体上平坦的表面206(例如,使用热传导环氧树脂)。此外,根据中心轴线204,热沉散热器114可与热沉112同轴定位。
在一些实例中,热沉散热器114可使用热传导热传递机制将热散发和传递到主体202。在其它实例中,热沉散热器114可使用热对流热传递机制和/或热辐射热传递机制而将热散发和传递到周围环境(例如,图1的网格网络装置102内的空腔)。例如,热沉散热器114可在远离热沉112的主体202的第一大体上平坦的表面206的大体上向外的方向上散发和传递热。
热沉112可包含一个或多个鳍区域208。每个鳍区域208可在基本上平行于中心轴线204的一个或多个方向上从主体202的周边延伸。此外,每个鳍区域208可包含内表面210和相对的外表面212。在一些实例中,每个鳍区域208可使用热传导、热对流和/或热辐射热传递机制中的一种或多种将热传递到周围环境(例如,传递到图1的网格网络装置102内的空腔或者传递到图1的网格网络装置的外壳部件118)。热沉112还可包含用于支持无线通信的一个或多个天线214的安装件、支架或其它固定机构。
图3图示了示例散热器(例如,图1的热沉112)的仰视等角视图300。如图示,热沉112的主体202包含第二大体上平坦的表面(例如,与图1的第一大体上平坦的表面206相对的第二大体上平坦的表面302)。第二大体上平坦的表面302可大体上正交于中心轴线204。此外,第二大体上平坦的表面可面向扬声器模块(例如,扬声器模块106)。
如图示,主体202包含从第二大体上平坦的表面302突起的一个或多个基座304。每个基座304可与热界面材料(TIM)介接,并使TIM能够与相应发热装置(例如,可以是图1的PCB 104的一部分的IC装置)物理(和热传导)接触。TIM可实现发热装置与基座304之间的热耦合。基座304可转而并使用热传导热传递机制将热传递到热沉112的主体202。
TIM的示例包含可热传导的凝胶材料和/或油脂材料。这些材料可与诸如镁或铝纳米颗粒的纳米颗粒一起注入,以改进热传导特性。此外,位于发热装置与一个或多个基座304之间的TIM可减小间隙和/或接合线间隙并改进热传导效率。TIM的其它示例包含热传导泡沫材料和热传导衬垫材料。
图4图示了可被包含在网格网络装置中的示例扬声器模块子组件402的俯视等角视图400(例如,扬声器模块子组件402可以是图1的网格网络装置102的扬声器模块106的一部分)。如图示,扬声器模块子组件402包含底座404和扬声器模块驱动器406。底座404包含内表面408,该内表面408是大体上平坦的并基本上正交于中心轴线204。在一些实例中,内表面408可面向热沉的第二表面(例如,第二大体上平坦的表面302)。
如图示,散热器(例如,图1的扬声器模块散热器116)附接到底座404的内表面408。例如,扬声器模块散热器116可使用热传导环氧树脂附接到内表面408。在一些实例中,内表面408可面向散热器的表面(例如,图2的第二大体上平坦的表面302)。
在一些实例中,扬声器模块散热器116可位于内表面408与扬声器模块驱动器406的磁体之间。扬声器模块散热器116可使用热传导热传递机制以将热从扬声器模块驱动器406传递到底座404。在一些实例中,底座404可使用热传导和/或热对流热传递机制来将热传递到周围环境。
图5图示了可被包含在网格网络装置中的示例PCB(例如,图1的网格网络装置102的PCB 104)的俯视平面图500。PCB 104可以是包含玻璃增强环氧层压材料(例如,FR-4)和导电迹线的多个层的多层PCB。PCB 104还可以是“双面”PCB,其中不同IC装置可使用表面贴装(SMT)焊接技术而安装到PCB 104的相对表面。在一些实例中,PCB 104的多个层内的迹线可包含热传导材料。例如,PCB 104的多个层内的迹线可包含铜材料。PCB 104还可包含一个或多个接地平面(例如,铜接地平面),该一个或多个接地平面可各自在PCB 104内吸收、散发和传递热。
PCB 104的第一表面(例如,第一表面502)可填充有第一组IC装置。第一组IC装置可包含例如一个或多个存储器IC装置504,诸如,双数据速率动态随机存取存储器(DDRDRAM)装置。第一组IC装置还可包含片上***(SoC)IC装置506或嵌入式多媒体卡(eMMC)IC装置508。
每个IC装置可使用由表面贴装(SMT)制造技术产生的焊料连接而电连接到PCB104。通常,当操作时,填充PCB 104的第一表面502的第一组IC装置可对网格网络装置(例如,图1的网格网络装置102)内的热负荷(例如,图1的内部热负荷108)做出贡献。在一些实例中,电磁干扰(EMI)屏蔽件510可围绕含有一个或多个第一组IC装置的第一表面502的一个或多个平坦区域512。
图6图示了可被包含在网格网络装置中的示例PCB(例如,图1的网格网络装置102的PCB 104)的仰视平面图600。PCB 104的第二表面(例如,与图5的第一表面502相对的第二表面602)可填充有第二组IC装置。第二组IC装置可包含例如一个或多个前端模块(FEM)IC装置604(例如,2.4千兆赫(GHz)FEM、5GHz FEM、线程FEM)和一个或多个射频(RF)IC装置606(例如,2.4GHz RF、5GHz RF),它们可与无线局域网(WLAN)的无线通信相关联。
通常,当操作时,填充PCB 104的第二表面602的第二组IC装置可对网格网络装置(例如,图1的网格网络装置102)内的热负荷(例如,图1的内部热负荷108)做出贡献。在一些实例中,另一电磁干扰(EMI)屏蔽件可围绕含有第二组IC装置中的一个或多个的第二表面602的一个或多个平坦区域608。
图7图示了可被包含在网格网络装置中的TIM的示例布置的俯视等角视图700。如所布置的,TIM可将热从填充PCB 104的IC装置传递到热沉(例如,图1的热沉112)。
第一组TIM 702可将填充PCB 104的第一表面的第一组IC装置(例如,填充图5的第一表面502的一个或多个存储器IC装置504、SoC IC装置506和eMMC IC装置508)热耦合到作为热沉的一部分的相应基座(例如,图3的一个或多个基座304的子集)。第一组TIM 702可与第一组IC装置直接热接触。
通常,第一组TIM 702可定位在第一组IC装置与作为热沉的一部分的相应基座之间。此外,第一组TIM 702可使用热传导热传递机制以将热从第一组IC装置传递到热沉。在一些实例中,EMI屏蔽件708可围绕第一组IC装置。在这种实例中,热传导泡沫可位于EMI屏蔽件708与热沉之间。
第二组TIM 704可将填充PCB 104的第二表面的第二组IC装置(例如,填充图6的第二表面602的一个或多个FEM IC装置604和一个或多个RF IC装置606)间接热耦合到作为热沉的一部分的其它相应基座(例如,图3的一个或多个基座304的另一子集)。在这种实例中,并且与第二组IC装置直接物理接触相反,第二组TIM 704可与PCB 104的表面(例如,图5的第一表面502)直接物理接触,该表面与其它IC装置所安装到的表面(例如,图6的第二表面602)相对,并且靠近第二组IC装置(例如,分别与其同轴定位)。
通常,第二组TIM 704可定位在PCB 104的表面与作为热沉的一部分的其它相应基座之间,靠近多个其它IC装置。此外,第二组TIM 704可使用热传导热传递机制以将热从多个其它IC装置传递到热沉。
图8图示示例网格网络装置102内的热传递路径的示例细节800。示例细节800包含网格网络装置102的截面图的若干实例,包含实例802、804和806。图8的顶部图示对第一热传递路径808进行了图示,该第一热传递路径通过热沉112而传递热(例如,源于图1的填充PCB 104的多个IC装置和/或扬声器模块106的内部热负荷108的一部分)。然后,热沉112可使用对流、传导和/或辐射热传递机制而在大体上正交于热沉112的中心轴线204的方向上通过一个或多个鳍区域208将热传递到外壳部件118。然后,外壳部件118可使用对流和/或辐射热传递机制而将通过第一热传递路径802接收的热传递到周围环境。
图8的中间图示对示例网格网络装置102内的第二热传递路径804的放大视图810进行了图示。如图示,第二实例包含第二热传递路径812。作为第二热传递路径812的一部分,第一组TIM 702中的TIM使用热传导以将热从SoC IC装置506传递到一个或多个基座304中的一个(例如,一个或多个基座304中的对应的相应基座)。通过第二热传递路径804传递的热可与第一热传递路径802的热“结合”,以通过外壳部件118传递到周围环境。
图8的底部图示对第三实例806进行了图示。第三实例806包含第三热传递路径814,该第三热传递路径814可使用对流和/或辐射热传递机制以将热(例如,源于图1的填充PCB 104的多个IC装置和/或扬声器模块106的内部热负荷108的另一部分)传递到外壳部件118。然后,外壳部件118可使用对流和/或辐射热传递机制而将通过第三热传递路径806接收的热传递到周围环境。
虽然描述了用于网格网络装置的无源热控制***和相关联的网格网络装置的技术和设备,但应理解,所附权利要求书的主题未必限于所描述的具体特征或方法。相反,具体特征和方法作为可实施网格网络装置的热控制***和相关联的网格网络装置的实例方式而公开。
Claims (20)
1.一种设备,包括:
一个或多个集成电路装置;
扬声器模块;以及
无源热控制***,所述无源热控制***用于将由所述扬声器模块和所述一个或多个集成电路装置产生的热传导到所述设备的外壳部件以用于外部消散,所述无源热控制***包括:
热沉,所述热沉是大体上圆柱形的、并以中心轴线为中心,所述热沉包含内部盘状主体,所述内部盘状主体基本上正交于所述中心轴线并热耦合到所述一个或多个集成电路装置中的至少一个;
第一散热器,所述第一散热器是大体上平坦的、并附接到所述内部盘状主体的第一表面;以及
第二散热器,所述第二散热器是大体上平坦的、并附接到所述扬声器模块的表面,所述扬声器模块的所述表面基本上正交于所述中心轴线、并且面向所述内部盘状主体的第二表面,所述第二表面与所述内部盘状主体的所述第一表面相对。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述热沉包含一个或多个鳍区域,所述一个或多个鳍区域在基本上平行于所述中心轴线的一个或多个方向上从所述热沉的所述内部盘状主体的周边延伸,并且所述一个或多个鳍区域中的每一个靠近所述外壳部件的内表面。
3.根据权利要求2所述的设备,进一步包括热传导泡沫材料,所述热传导泡沫材料将围绕所述一个或多个集成电路装置的电磁干扰屏蔽件热耦合到所述热沉。
4.根据权利要求3所述的设备,其中,所述热沉包含压铸铝材料或镁材料。
5.根据权利要求3所述的设备,其中,所述第一散热器或所述第二散热器包含石墨材料。
6.根据权利要求1所述的设备,其中,所述内部盘状主体的所述第二表面面向印刷电路板,其中所述一个或多个集成电路装置被安装到所述印刷电路板。
7.根据权利要求1所述的设备,其中,所述第二散热器位于所述扬声器模块的所述表面与扬声器驱动器的磁体之间。
8.根据权利要求1所述的设备,其中,位于所述一个或多个集成电路装置与所述热沉之间的一种或多种相应热界面材料将所述一个或多个集成电路装置热耦合到所述散热器。
9.一种设备,包括:
热沉,包含:
盘状主体,所述盘状主体从中心轴线径向延伸并限定周边,所述盘状主体具有:
第一表面,所述第一表面被配置成与第一平坦散热器介接,所述第一表面基本上正交于所述中心轴线;
第二表面,所述第二表面与所述第一表面相对并基本上正交于所述中心轴线;以及
一个或多个基座,所述一个或多个基座从所述第二表面延伸;以及
一个或多个鳍区域,所述一个或多个鳍区域中的每一个:
在基本上平行于所述中心轴线的方向上从所述盘状主体的所述周边的相应部分延伸;并且
具有内表面和相对的外表面,所述内表面面向所述中心轴线。
10.根据权利要求9所述的设备,进一步包含位于所述一个或多个基座中的第一基座与片上***集成电路装置之间的第一热界面材料。
11.根据权利要求10所述的设备,进一步包含位于所述一个或多个基座中的第二基座与存储器集成电路装置之间的第二热界面材料。
12.根据权利要求11所述的设备,其中,所述片上***集成电路装置和所述存储器集成电路装置:
被安装到印刷电路板;以及
占据所述印刷电路板的大体上平坦的并被电磁干扰屏蔽件围绕的区域。
13.根据权利要求12所述的设备,进一步包含位于所述电磁干扰屏蔽件与所述盘状主体之间的热传导泡沫材料。
14.根据权利要求13所述的设备,其中,所述印刷电路板位于所述热沉的所述盘状主体与所述设备的扬声器模块之间。
15.根据权利要求14所述的设备,其中,所述扬声器模块包含第二平坦散热器,所述第二平坦散热器附接到所述扬声器模块的底座。
16.根据权利要求15所述的设备,其中,所述第二平坦散热器包含石墨材料。
17.根据权利要求9所述的设备,其中,所述热沉包含将天线附接到所述热沉的安装件。
18.根据权利要求9所述的设备,其中,所述第一平坦散热器包含石墨材料。
19.根据权利要求9所述的设备,其中,所述热沉包含压铸铝材料。
20.根据权利要求9所述的设备,其中,所述热沉包含镁材料。
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