CN202261245U - 集成音频发射机和便携设备、集成音频接收机和便携设备、音频通信*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成音频发射机和便携设备、集成音频接收机和便携设备、音频通信***。其中，所述集成音频发射机包括：模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；数字压缩器，与所述模拟数字转换器连接，用于压缩所述数字音频信号的动态范围；第一锁相环，与所述数字压缩器连接，用于根据信道选择信号、压缩后的数字音频信号和参考时钟，生成射频信号；其中，所述模拟数字转换器、所述数字压缩器、所述本地振荡器和所述第一锁相环集成在一个集成电路中。本实用新型可以降低音频发射机和接收机的成本，并减少音频信号的失真。

Description

集成音频发射机和便携设备、集成音频接收机和便携设备、音频通信***

技术领域

本实用新型涉及微电子领域，尤其涉及一种集成音频发射机和便携设备、集成音频接收机和便携设备、音频通信***。 

背景技术

射频收发器在各种领域得到广泛的应用，例如：无线局域网、射频标签、全球定位***、无线广播***、移动电话、无绳电话等。其中，无线广播***中采用了音频收发器。如图1A所示，为现有技术中一种音频发射机的结构示意图，包括第一放大器11、模拟调制器12、功率放大器13和发射天线14，模拟音频信号经第一放大器11放大，放大后的模拟音频电压信号经模拟调制器12转化为模拟已调信号，该模拟已调信号经功率放大器13放大后，经发射天线14发射出去。如图1B所示，为现有技术中一种音频接收机的结构示意图，可以包括接收天线15、第二放大器16、正交混频器19、滤波器20、模拟解调器17和播放器18，接收天线15接收模拟射频信号，第二放大器16放大该模拟射频信号，正交混频器19将放大后的模拟射频信号下变频到固定的中频，滤波器20对变频后的信号进行滤波得到中频信号，模拟解调器17对中频信号进行解调得到模拟音频信号，播放器18将解调后的模拟音频信号转化为声音。 

在图1A和图1B所组成的通信***中，***的信噪比受限于发射机和接收机的本振部分，而作为发射机和接收机的本振部分的压控振荡器的信噪比比较低，一般在70dB以下，限制了该类发射接收***的信噪比继续提高。为了改善图1A和图1B所组成的通信***的信噪比，在图1A和图1B所组成的通信***中采用了音频压扩技术。音频压扩技术是在发射端将所传输的音频信号的动态范围进行有效地压缩后再传输，在接收端再对接收的音频信号的动态范围进行扩展；在发射端，不但压缩音频信号，并且还压缩额外的噪声；而在接收端，在扩展音频信号的同时减少额外的噪声； 采用此技术可以产生更加清晰的话音，使得在嘈杂的环境中仍能保持畅通的联系，很具有实用价值。 

如图2A所示，为现有技术中另一种音频发射机的结构示意图，在图1A所示结构示意图的基础上增加了模拟压缩器21，连接在第一放大器12和模拟调制器13之间，模拟压缩器21对放大后的模拟音频信号进行压缩。如图2B所示，为现有技术中另一种音频接收机的结构示意图，在图1B所示结构意图的基础上增加了模拟扩展器22，连接在模拟解调器17和播放器18之间，模拟扩展器22对解调后的模拟音频信号进行扩展。其中，由于模拟压缩器21放大弱信号的能力大于放大强信号的能力，所以模拟压缩器21压缩了信号的动态范围，降低了对通信信道的信噪比要求。模拟扩展器22与模拟压缩器21的作用相反，模拟扩展器22将被压缩信号恢复到原动态范围。 

但是，图2A和图2B所组成的音频通信***处理的音频信号的频率范围较低，导致该架构中采用的电容电感较大，所以只能采用分立元件实现该架构，这样使得音频发射机和接收机的成本较高。同时，由于压缩器和扩展器所用分立元件不能完全匹配，会导致音频信号失真较大。 

实用新型内容

本实用新型提供一种集成音频发射机和便携设备、集成音频接收机和便携设备、音频通信***，用以实现降低音频发射机和接收机的成本，并减少音频信号的失真。 

本实用新型提供一种集成音频发射机，包括： 

模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号； 

数字压缩器，与所述模拟数字转换器连接，用于压缩所述数字音频信号的动态范围； 

第一锁相环，与所述数字压缩器连接，用于根据信道选择信号、压缩后的数字音频信号和参考时钟，生成射频信号； 

其中，所述模拟数字转换器、所述数字压缩器、所述本地振荡器和所述第一锁相环集成在一个集成电路中。 

本实用新型还提供一种具有集成音频发射机的便携设备，包括： 

第一信道选择接口； 

音频信号输入接口； 

集成音频发射机； 

射频信号输出接口； 

其中，所述集成音频发射机包括： 

模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号； 

数字压缩器，与所述模拟数字转换器连接，用于压缩所述数字音频信号的动态范围； 

第一锁相环，与所述数字压缩器连接，用于根据信道选择信号、压缩后的数字音频信号和参考时钟，生成射频信号； 

其中，所述模拟数字转换器、所述数字压缩器、所述本地振荡器和所述第一锁相环集成在一个集成电路中。 

本实用新型还提供一种集成音频接收机，包括： 

本地振荡信号发生单元，用于根据信道选择信号和参考时钟，生成复数个本地振荡信号，所述复数个本地振荡信号的频率相同、相位不同； 

混频器，与所述本地振荡信号发生单元连接，用于接收射频信号，根据所述复数个本地振荡信号，将所述调频信号下变频到低中频信号，所述低中频信号包括I路信号和Q路信号； 

模拟数字转换器，与所述混频器连接，用于将所述I路信号和Q路信号转换为数字低中频信号； 

数字解调器，与所述正交模拟数字转换器连接，用于将所述数字低中频信号解调为数字音频信号； 

数字扩展器，与所述数字解调器连接，用于扩展所述数字音频信号的动态范围； 

数字模拟转换器，与所述数字扩展器连接，用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号； 

其中，所述本地振荡信号发生单元、所述混频器、所述模拟数字转换器、所述数字解调器、所述数字扩展器、所述数字模拟转换器集成在一个集成电路上。 

本实用新型还提供一种具有集成音频接收机的便携设备，包括： 

第二信道选择接口； 

集成音频接收机； 

音频信号输出接口； 

其中，所述集成音频接收机包括： 

本地振荡信号发生单元，用于根据信道选择信号和参考时钟，生成复数个本地振荡信号，所述复数个本地振荡信号的频率相同、相位不同； 

混频器，与所述本地振荡信号发生单元连接，用于接收射频信号，根据所述复数个本地振荡信号，将所述调频信号下变频到低中频信号，所述低中频信号包括I路信号和Q路信号； 

模拟数字转换器，与所述混频器连接，用于将所述I路信号和Q路信号转换为数字低中频信号； 

数字解调器，与所述正交模拟数字转换器连接，用于将所述数字低中频信号解调为数字音频信号； 

数字扩展器，与所述数字解调器连接，用于扩展所述数字音频信号的动态范围； 

数字模拟转换器，与所述数字扩展器连接，用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号； 

其中，所述本地振荡信号发生单元、所述混频器、所述模拟数字转换器、所述数字解调器、所述数字扩展器、所述数字模拟转换器集成在一个集成电路上。 

本实用新型还提供一种音频通信***，包括集成音频发射机和集成音频接收机，所述集成音频发射机包括： 

模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号； 

数字压缩器，与所述模拟数字转换器连接，用于压缩所述数字音频信号的动态范围； 

第一锁相环，与所述数字压缩器连接，用于根据信道选择信号、压缩后的数字音频信号和参考时钟，生成射频信号； 

其中，所述模拟数字转换器、所述数字压缩器、所述本地振荡器和所述第一锁相环集成在一个集成电路中； 

所述集成音频发射机包括： 

本地振荡信号发生单元，用于根据信道选择信号和参考时钟，生成复数个本地振荡信号，所述复数个本地振荡信号的频率相同、相位不同； 

混频器，与所述本地振荡信号发生单元连接，用于接收射频信号，根据所述复数个本地振荡信号，将所述调频信号下变频到低中频信号，所述低中频信号包括I路信号和Q路信号； 

模拟数字转换器，与所述混频器连接，用于将所述I路信号和Q路信号转换为数字低中频信号； 

数字解调器，与所述正交模拟数字转换器连接，用于将所述数字低中频信号解调为数字音频信号； 

数字扩展器，与所述数字解调器连接，用于扩展所述数字音频信号的动态范围； 

数字模拟转换器，与所述数字扩展器连接，用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号； 

其中，所述本地振荡信号发生单元、所述混频器、所述模拟数字转换器、所述数字解调器、所述数字扩展器、所述数字模拟转换器集成在一个集成电路上。 

在本实用新型中，由于采用了数字化集成电路实现了音频发射机和接收机，降低了音频发射机和接收机的成本，同时，数字压缩器和数字扩展器均采用数字处理技术，匹配好，音频信号失真小。 

附图说明

图1A为现有技术中一种音频发射机的结构示意图； 

图1B为现有技术中一种音频接收机的结构示意图； 

图2A为现有技术中另一种音频发射机的结构示意图； 

图2B为现有技术中另一种音频接收机的结构示意图； 

图3为本实用新型音频通信***实施例的结构示意图； 

图4为本实用新型集成音频发射机实施例中第一锁相环的结构示意图； 

图5为现有技术中锁相环的结构示意图； 

图6为本实用新型集成音频接收机实施例中本地振荡信号发生单元的结构示意图； 

图7为本实用新型具有集成音频发射机的便携设备实施例的结构示意图； 

图8为本实用新型具有集成音频接收机的便携设备实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。 

如图3所示，为本实用新型音频通信***实施例的结构示意图，可以包括集成音频发射机31和集成音频接收机32，集成音频发射机31与集成音频接收机32通信连接。 

再参见图3，集成音频发射机31可以包括模拟数字转换器311、数字压缩器312、第一锁相环313。数字压缩器312与模拟数字转换器311连接，第一锁相环313与数字压缩器312连接。 

其中，模拟数字转换器311、数字压缩器312和第一锁相环313集成在一个集成电路中。优选地，该集成电路可以采用CMOS工艺制造。 

其中，模拟数字转换器311用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；数字压缩器312用于压缩数字音频信号的动态范围；第一锁相环313用于根据信道选择信号、压缩后的数字音频信号和参考时钟，生成射频信号。具体地，该参考时钟由片外晶体振荡器产生，信道选择信号由片外MCU提供。 

进一步地，如图4所示，为本实用新型集成音频发射机实施例中第一锁相环的结构示意图，第一锁相环313可以包括第一分频控制器3131、第一可编程分频器3132、第一鉴相器3133、第一滤波器3134和第一压控振荡器3135。第一分频控制器3131与数字压缩器312连接，第一可编程分频器3132与第一分频控制器3131连接，第一鉴相器3133与第一可编程分频器3132连接，第一滤波器3134与第一鉴相器3133连接，第一压控振荡器3135与第一滤波器3134和第一可编程分频器3132连接。 

在本实施例中，假设参考时钟为x(t)，第一压控振荡器3135的输出为y(t)，第一可编程分频器3132的输出为z(t)，第一分频控制器3131用于根据信道选择信号和压缩后的数字音频信号，生成分频控制字；第一可编程分频器3132用于根据分频控制字，对第一压控振荡器3135输出的信号进行分频信号进行分频，分频后的信号z(t)输入第一鉴相器3133；参考时钟x(t)输入第一鉴相器3133，第一鉴相器3133用于得到两个输入信号x(t)与z(t)的相位差Δφ；第一滤波器3134用于对第一鉴相器3133的输出信号进行低通滤波，从而抑制第一鉴相器3133的输出信号中的高频部分，只允许直流分量和音频信号来控制第一压控振荡器3135的频率；第一压控振荡器3135用于将滤波后的信号转化为频率信号。 

在本实施例中，第一分频控制器3131可以通过加法器和∑-Δ调制器实现，加法器先对信道选择信号和压缩后的数字音频信号求和，求和后的信号输入∑-Δ调制器得到分频控制字。 

如图5所示，为现有技术中锁相环的结构示意图，与图4所示示意图的不同之处在于，在现有技术中，该锁相环不包括第一分频控制器3131，信道选择信号直接施加在第一可编程分频器3132上，控制第一可编程分频器3132的分频率；压缩后的数字音频信号直接施加在第一压控振荡器3135上，控制第一压控振荡器3135的振荡。在图5所示锁相环中，为了保证压缩后的数字音频信号施加在第一压控振荡器3135后不被锁相环路压制掉，第一滤波器3134的带宽必须远低于压缩后的数字音频信号的最低频率，第一滤波器3134的实际带宽一般设计为几赫兹。当第一压控振荡器3135的中心频率因为受到干扰等原因发生漂移后，恢复速度慢，而且在恢复过程中，中心频率的变化会被接收机解调出来，从而在接收端表现为可听见的干扰声。而在图4所示示意图中，压缩后的数字音频信号通过第一分频控制器3131进入锁相环路，第一滤波器3134的带宽会高于数字音频信号的带宽，当第一压控振荡器3135的中心频率发生漂移后，恢复速度快，而且在恢复过程中，即使中心频率的变化被接收机解调出来，解调出来的干扰信号的频率高于数字音频信号的带宽，人耳也无法听见。 

再参见图3所示示意图，在本实施例中，集成音频发射机31还可以包括可变增益放大器310和预加重电路314，可变增益放大器310与模拟数 字转换器311连接，预加重电路314连接在模拟数字转换器311和数字压缩器312之间。可选地，预加重电路314还可以连接在数字压缩器312与第一锁相环313之间。 

再参见图3所示示意图，在本实施例中，集成音频接收机32可以包括本地振荡信号发生单元321、混频器322、模拟数字转换器323、数字解调器324、数字扩展器325、数字模拟转换器326。混频器322与本地振荡信号发生单元321连接，正交模拟数字转换器323与混频器322连接，数字解调器324与模拟数字转换器323连接，数字扩展器325与数字解调器324连接，数字模拟转换器326与数字扩展器325连接。 

其中，本地振荡信号发生单元321、混频器322、模拟数字转换器323、数字解调器324、数字扩展器325、数字模拟转换器326集成在一个集成电路上。优选地，该集成电路可以采用CMOS工艺制造。 

具体地，本地振荡信号发生单元321用于根据信道选择信号和参考时钟，生成复数个本地振荡信号，这些本地振荡信号的频率相同、相位不同，优选地，本地振荡信号发生单元321生成两路本地振荡信号，这两路本地振荡信号的相位相差90°；混频器322用于接收射频信号，根据复数个本地振荡信号，将射频信号下变频到低中频信号，低中频信号包括I路信号和Q路信号；正交模拟数字转换器323用于将I路信号和Q路信号转换为数字低中频信号；数字解调器324用于将数字低中频信号解调为数字音频信号；数字扩展器325用于扩展数字音频信号的动态范围；数字模拟转换器326用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号。 

进一步地，在本实施例中，如图6所示，为本实用新型集成音频接收机实施例中本地振荡信号发生单元的结构示意图，本地振荡信号发生单元321可以包括第二锁相环3211、相移信号发生器3212和自动频率控制单元3213。相移信号发生器3212与第二锁相环3211连接，自动频率控制单元3213与数字解调器324连接。 

其中，第二锁相环3211用于根据信道选择信号、自动频率控制信号和参考时钟，生成一个本地振荡信号，其中，信道选择信号由外部MCU提供，参考时钟由外部晶体振荡器提供；相移信号发生器3212用于根据第二锁相环生成的一个本地振荡信号，生成复数个本地振荡信号，优选地，该 复数个本地振荡信号包括两个本地振荡信号，即第一本地振荡信号和第二本地振荡信号，这两个本地振荡信号的相位差为90°，即这两个本地振荡信号为正交本地振荡信号；自动频率控制单元3213用于根据解调的数字音频信号，生成自动频率控制信号，将自动频率控制信号发送给第二锁相环3211。 

进一步地，再参见图6，第二锁相环3211可以包括第二分频控制器32111、第二可编程分频器32112、第二鉴相器32113、第二滤波器32114和第二压控振荡器32115。第二分频控制器32111与自动频率控制单元3213连接，第二可编程分频器32112与第二分频控制器32111连接，第二鉴相器32113与第二可编程分频器32112连接，第二滤波器32114与第二鉴相器32113连接，第二压控振荡器32115与第二滤波器32114、相移信号发生器3212和第二可编程分频器32112连接。 

其中，第二分频控制器32111用于根据信道选择信号和自动频率控制信号，生成分频控制字；第二可编程分频器32112用于根据分频控制字，对第二压控振荡器32115输出的信号进行分频；第二鉴相器32113与第一鉴相器3133的工作原理相同；第二滤波器32114与第一滤波器3134的工作原理相同；第二压控振荡器32115与第一压控振荡器3135的工作原理相同。 

在本实施例中，第二分频控制器32111可以通过加法器和∑-Δ调制器实现，加法器先对信道选择信号和自动频率控制信号求和，求和后的信号输入∑-Δ调制器得到分频控制字。 

再参见图3所示示意图，在本实施例中，集成音频接收机32还可以包括去加重电路327。去加重电路327连接在数字扩展器325与数字模拟转换器326之间。当预加重电路314连接在数字压缩器312与第一锁相环313之间时，去加重电路327连接在数字解调器324与数字扩展器325之间。 

再参见图3所示示意图，集成音频接收机32还可以包括低噪声放大器328，与混频器322连接。 

另外，在实施例中，集成音频发射机和集成音频接收机所需的分立元器件的数量分别小于或等于50个。集成音频发射机和接收机封装后的面积分别小于或等于4mm×4mm。 

在本实施例中，由于采用了数字化集成电路实现了音频发射机和接收机，降低了音频发射机和接收机的成本，同时，数字压缩器和数字扩展器均采用数字处理技术，匹配好，音频信号失真小。 

如图7所示，为本实用新型具有集成音频发射机的便携设备实施例的结构示意图，可以包括第一信道选择接口61、音频信号输入接口62、集成音频发射机31、射频信号输出接口63。第一信道选择接口61和音频输入接口62与集成音频发射机31连接，集成音频发射机31与射频信号输出接口63连接。 

其中，集成音频发射机31可以包括前述集成音频发射机实施例中任一模块，在此不再赘述。 

在本实施例中，第一信道选择接口61、音频信号输入接口62、集成音频发射机31和射频信号输出接口63合在一起的面积小于或等于20mm×40mm。 

再参见图7，该便携设备还可以包括发射天线14和声音传感器65，发射天线14与射频信号输出接口63连接，声音传感器65与音频信号输入接口62连接。声音传感器65将声音信息转化为音频信号，通过音频信号输入接口发送给集成音频发射机31。声音传感器65具体可以为麦克风或其他可以将声音信息转化为音频信号的设备。发射天线14将射频信号发射出去。 

如图8所示，为本实用新型具有集成音频接收机的便携设备实施例的结构示意图，可以包括第二信道选择接口71、集成音频接收机32、音频信号输出接口73。第二信道选择接口71与集成音频接收机32连接，音频信号输出接口73与集成音频接收机32连接。 

其中，集成音频接收机32可以包括前述集成音频接收机实施例中任一模块，在此不再赘述。 

再参见图8，本实施例还可以包括接收天线15和音频播放器75，接收天线15与集成音频接收机32连接，音频播放器75与音频信号输出接口73连接，音频播放器75具体可以为音箱、耳机等可以播放声音信息的设备。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。 

Claims (12)

1.一种集成音频发射机，其特征在于，包括：

模拟数字转换器，用于将模拟音频信号转换为数字音频信号；

数字压缩器，与所述模拟数字转换器连接，用于压缩所述数字音频信号的动态范围；

第一锁相环，与所述数字压缩器连接，用于根据信道选择信号、压缩后的数字音频信号和参考时钟，生成射频信号；

其中，所述模拟数字转换器、所述数字压缩器、所述本地振荡器和所述第一锁相环集成在一个集成电路中。

2.根据权利要求1所述的集成音频发射机，其特征在于，所述第一锁相环包括：

第一分频控制器，与所述数字压缩器连接，用于根据所述信道选择信号和所述压缩后的数字音频信号，生成分频控制字；

第一可编程分频器，与所述第一分频控制器连接；

第一鉴相器，与所述第一可编程分频器连接；

第一滤波器，与所述第一鉴相器连接；

第一压控振荡器，与所述第一滤波器和所述第一可编程分频器连接；

所述第一可编程分频器用于根据所述分频控制字，对所述第一压控振荡器输出的信号进行分频。

3.根据权利要求1所述的集成音频发射机，其特征在于，所述集成电路为采用CMOS工艺制造的集成电路。

4.一种具有集成音频发射机的便携设备，其特征在于，包括：

第一信道选择接口；

音频信号输入接口；

集成音频发射机；

射频信号输出接口；

其中，所述集成音频发射机包括权利要求1-3任一所述的集成音频发射机。

5.一种集成音频接收机，其特征在于，包括：

本地振荡信号发生单元，用于根据信道选择信号和参考时钟，生成复 数个本地振荡信号，所述复数个本地振荡信号的频率相同、相位不同；

混频器，与所述本地振荡信号发生单元连接，用于接收射频信号，根据所述复数个本地振荡信号，将所述调频信号下变频到低中频信号，所述低中频信号包括I路信号和Q路信号；

模拟数字转换器，与所述混频器连接，用于将所述I路信号和Q路信号转换为数字低中频信号；

数字解调器，与所述正交模拟数字转换器连接，用于将所述数字低中频信号解调为数字音频信号；

数字扩展器，与所述数字解调器连接，用于扩展所述数字音频信号的动态范围；

数字模拟转换器，与所述数字扩展器连接，用于将扩展后的数字音频信号转换为模拟音频信号；

其中，所述本地振荡信号发生单元、所述混频器、所述模拟数字转换器、所述数字解调器、所述数字扩展器、所述数字模拟转换器集成在一个集成电路上。

6.根据权利要求5所述的集成音频接收机，其特征在于，所述集成电路为采用CMOS工艺制造的集成电路。

7.根据权利要求5所述的集成音频接收机，其特征在于，所述本地振荡信号发生单元包括：

第二锁相环，用于根据信道选择信号、自动频率控制信号和参考时钟，生成一个本地振荡信号；

相移信号发生器，与所述第二锁相环连接，用于根据所述一个本地振荡信号，生成所述复数个本地振荡信号；

自动频率控制单元，与所述数字解调器连接，用于根据所述数字音频信号，生成所述自动频率控制信号，将所述自动频率控制信号发送给所述第二锁相环。

8.根据权利要求7所述的集成音频接收机，其特征在于，所述第二锁相环包括：

第二分频控制器，与所述自动频率控制单元连接，用于根据所述信道选择信号和所述自动频率控制信号，生成分频控制字； 

第二可编程分频器，与所述第二分频控制器连接；

第二鉴相器，与所述第二可编程分频器连接；

第二滤波器，与所述第二鉴相器连接；

第二压控振荡器，与所述第二滤波器、所述相移信号发生器和所述第二可编程分频器连接；

所述第二可编程分频器用于根据所述分频控制字，对所述第二压控振荡器输出的信号进行分频。

9.一种具有集成音频接收机的便携设备，其特征在于，包括：

第二信道选择接口；

集成音频接收机；

音频信号输出接口；

其中，所述集成音频接收机包括权利要求5-8任一所述的集成音频接收机。

10.一种音频通信***，包括集成音频发射机和集成音频接收机，其特征在于，所述集成音频发射机包括权利要求1-3任一所述的集成音频发射机，所述集成音频接收机包括权利要求5-8任一所述的集成音频接收机。

11.根据权利要求10所述的音频通信***，其特征在于，所述集成音频发射机和所述集成音频接收机所需的分立元器件的数量分别小于或等于50个。

12.根据权利要求10所述的音频通信***，其特征在于，所述集成音频发射机和所述集成音频接收机封装后的面积分别小于或等于4mm×4mm。 

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