JP2860177B2 - Phase locked loop - Google Patents

Phase locked loop

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JP2860177B2 JP3084801A JP8480191A JP2860177B2 JP 2860177 B2 JP2860177 B2 JP 2860177B2 JP 3084801 A JP3084801 A JP 3084801A JP 8480191 A JP8480191 A JP 8480191A JP 2860177 B2 JP2860177 B2 JP 2860177B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、PLL変調器におけ
る変調波出力を入力信号として、帯域制限を行うための
位相同期回路に関し、特に温度補償特性及びキャプチュ
アレンジを改善した帯域制限用の位相同期回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase locked loop circuit for performing band limiting using a modulated wave output from a PLL modulator as an input signal, and more particularly to a phase locked loop for band limiting having improved temperature compensation characteristics and a capture range. Circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のPLL変調器における変調波出力
を入力信号とした位相同期回路の代表的な構成例が図3
に示されている。図3において、この種のPLL変調器
における変調波出力を入力信号とした位相同期回路は、
PSKなどの変調波入力が入力端子INから一入力端子
供給されている位相比較器1と、位相比較器1の出力に
接続されており、オペアンプ21と抵抗R2,R3およ
びコンデンサC2から成るループフィルタ2と、ループ
フィルタ2`からの出力信号をコントロール信号として
受信する電圧制御発振器(VCO)3とを有し、VCO
3の出力を位相比較器1の他入力端子に供給するフイー
ドバック構成とすることによって、変調波入力に同期し
た信号をVCO3から出力端子に供給している。VCO
3は、変調波入力に同期した出力信号を発生しなければ
ならず、広帯域に渡って発振可能な発振器である必要が
ある。したがって、必然的に周波数安定度の面での問題
が生ずる。つまり、VCO3の周波数安定度が悪いと、
温度変化に伴い同期状態でのコントロール電圧の変化が
大きくなってしまい、変調波入力に対する応答特性が劣
化し、最悪の場合にはPLLが同期不能になってしま
う。
2. Description of the Related Art A typical configuration example of a phase locked loop circuit using a modulated wave output in a conventional PLL modulator as an input signal is shown in FIG.
Is shown in In FIG. 3, a phase locked loop circuit using a modulated wave output in this type of PLL modulator as an input signal is as follows.
A phase comparator 1 in which a modulated wave input such as PSK is supplied from an input terminal IN to one input terminal, and a loop filter which is connected to an output of the phase comparator 1 and includes an operational amplifier 21, resistors R2, R3 and a capacitor C2. And a voltage controlled oscillator (VCO) 3 for receiving an output signal from the loop filter 2 # as a control signal.
By using a feedback configuration for supplying the output of the phase comparator 3 to the other input terminal of the phase comparator 1, a signal synchronized with the modulation wave input is supplied from the VCO 3 to the output terminal. VCO
Reference numeral 3 denotes an oscillator which must generate an output signal synchronized with the input of the modulated wave and which can oscillate over a wide band. Therefore, there is inevitably a problem in terms of frequency stability. That is, if the frequency stability of the VCO 3 is poor,
A change in the control voltage in the synchronized state increases with the temperature change, and the response characteristic to the modulated wave input deteriorates. In the worst case, the PLL becomes unsynchronized.

【0003】かかる、温度変化に起因するVCO3の周
波数安定度の劣化を補償するために、図3のように、オ
ペアンプ7とサーミスタ8を用いた構成が採用されてい
る。すなわち、抵抗R6とサーミスタ8の直列回路の一
端が接地され、他端が電源+Vに接続され、抵抗R6と
サーミスタ8の接続点がオペアンプ7の非反転入力端子
に接続されている。オペアンプ7の出力と反転入力端子
間には抵抗R5が挿入され、抵抗R4が接地と抵抗R5
間に接続されている。オペアンプ7の出力端子は、位相
比較器1の基準電位端子(GND)とオペアンプの非反
転入力端子に接続されている。このように、サーミスタ
8の温度変化に伴う抵抗変化を用いて温度補償回路を構
成し、非同期状態でのコントロール電圧が同期状態のコ
ントロール電圧と比例して変化するようにしている。
In order to compensate for the deterioration of the frequency stability of the VCO 3 due to the temperature change, a configuration using an operational amplifier 7 and a thermistor 8 is employed as shown in FIG. That is, one end of the series circuit of the resistor R6 and the thermistor 8 is grounded, the other end is connected to the power supply + V, and the connection point of the resistor R6 and the thermistor 8 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 7. A resistor R5 is inserted between the output of the operational amplifier 7 and the inverting input terminal.
Connected between them. An output terminal of the operational amplifier 7 is connected to a reference potential terminal (GND) of the phase comparator 1 and a non-inverting input terminal of the operational amplifier. As described above, a temperature compensation circuit is configured by using the resistance change of the thermistor 8 with the temperature change, so that the control voltage in the asynchronous state changes in proportion to the control voltage in the synchronous state.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
PLL変調器における変調波出力を入力信号とした位相
同期回路では、サーミスタの温度変化に伴う抵抗変化に
基づいて温度補償を行っている。しかしながら、かかる
構成のPLL変調器における変調波出力を入力信号とし
た位相同期回路は、温度変化に対しては対応可能である
ものの、部品のバラツキや経年変化には対応不可能であ
り、キャプチュアレンジ等の特性の安定性の面で依然問
題が残っている。
As described above, in a phase locked loop circuit using a modulated wave output in a conventional PLL modulator as an input signal, temperature compensation is performed based on a resistance change caused by a temperature change of a thermistor. . However, although the phase locked loop circuit using the modulated wave output of the PLL modulator having such a configuration as an input signal can cope with temperature changes, it cannot cope with variations in parts and aging, and the capture range Problems still remain in terms of the stability of such characteristics.

【0005】そこで、この発明の目的は、温度補償だけ
でなく部品バラツキ、経年変化等に対しても対応可能
で、キャプチュアレンジを改善した、PLL変調器にお
ける変調波出力を入力信号とし、帯域制限を行うための
位相同期回路を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is not only to compensate for temperature but also to cope with component variations, aging, etc., and to use a modulated wave output of a PLL modulator, which has an improved capture range, as an input signal, to limit a band. To provide a phase-locked loop for performing the following.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明による位相同期回路は、一入力に入力信号
を受け、前記入力信号と他入力への入力信号との位相差
を出力する位相比較器と、この位相比較器の出力を入力
とするループフィルタと、このループフィルタの出力を
コントロール信号として受け、出力信号が前記位相比較
器の前記他入力信号として供給される電圧制御発振器と
を備え、PLL変調器における変調波出力を入力信号と
して位相同期を行う位相同期回路において、前記ループ
フィルタの出力直流電位(SC)に基づいて、前記位相
比較器及び前記ループフィルタの基準電位(SG)を可
変し、かつ非同期状態時には前記ループフィルタの基準
電位をスイープし、前記ループフィルタの出力電位をス
イープするように構成されている。
In order to solve the above problems, a phase locked loop circuit according to the present invention receives an input signal at one input and outputs a phase difference between the input signal and an input signal to another input. A phase comparator, a loop filter that receives an output of the phase comparator as an input, a voltage-controlled oscillator that receives an output of the loop filter as a control signal, and an output signal is supplied as the other input signal of the phase comparator. A phase locked loop circuit that performs phase synchronization using a modulated wave output from a PLL modulator as an input signal, based on an output DC potential (SC) of the loop filter and a reference potential (SG) of the phase comparator and the loop filter. ) Is varied, and the reference potential of the loop filter is swept in the asynchronous state, so that the output potential of the loop filter is swept. It has been made.

【0007】[0007]

【作用】この発明では、位相比較器と、ループフィルタ
と、電圧制御発振器とから成る通常のPLL変調器の電
圧制御発振器へのコントロール信号に基づいて位相比較
器とループフィルタの基準電位を変化させることによ
り、部品バラツキ、経年変化等に対しても対応可能とし
ている。また、非同期状態でコントロール信号と基準電
位をスイープしたり、上記ループフィルタの基準電位を
監視して一定範囲外となったときにリセットし、繰り返
しスイープするように構成できる。
According to the present invention, the reference potential of the phase comparator and the loop filter is changed based on a control signal to the voltage controlled oscillator of the ordinary PLL modulator comprising the phase comparator, the loop filter and the voltage controlled oscillator. This makes it possible to cope with component variations, aging, and the like. Further, the control signal and the reference potential can be swept in an asynchronous state, or the reference potential of the loop filter can be monitored and reset when the reference potential falls outside a certain range, and the sweep can be repeated.

【0008】[0008]

【実施例】次に、この発明について図面を参照しながら
説明する。図1は、この発明によるPLL変調器におけ
る変調波出力を入力信号とし、帯域制限を行うための位
相同期回路の一実施例を示す構成例ブロック図である。
図1において、図3と同一符号が付与されている構成部
は図1と同様な構成部を示している。この実施例では、
オペアンプ4〜6を備え、ループフィルタ2の出力(コ
ントロール信号SC)がオペアンプ4の非反転入力端子
に接続されている。オペアンプ4は、その反転入力が出
力に接続され、その出力と、一端側が接地されている抵
抗R1とコンデンサC1の並列回路の他端面側との間に
ダイオードD1が挿入されている。この並列回路の他端
側は、オペアンプ5の非反転入力端子と接続されてい
る。オペアンプ5の出力は、その反転入力端子と接続さ
れるとともに、位相比較器1の基準電位端子(GND)
とオペアンプ21の非反転入力端子に接続されている。
また、オペアンプ5の出力とオペアンプ6の反転入力端
子が接続され、オペアンプ6の出力は、ダイオードD2
を介して、図1に示すように、ダイオードD1のカソー
ド側に接続されている。オペアンプ6の非反転入力端子
には予め定めた基準電位V1が接続されている。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of an embodiment of a phase locked loop circuit for limiting a band by using a modulated wave output in a PLL modulator according to the present invention as an input signal.
In FIG. 1, components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same components as those in FIG. In this example,
Operational amplifiers 4 to 6 are provided, and an output (control signal SC) of the loop filter 2 is connected to a non-inverting input terminal of the operational amplifier 4. The operational amplifier 4 has its inverting input connected to the output, and a diode D1 inserted between the output and the other end of the parallel circuit of the resistor R1 and the capacitor C1 whose one end is grounded. The other end of the parallel circuit is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 5. The output of the operational amplifier 5 is connected to its inverting input terminal and the reference potential terminal (GND) of the phase comparator 1
And the non-inverting input terminal of the operational amplifier 21.
The output of the operational amplifier 5 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 6, and the output of the operational amplifier 6 is connected to a diode D2.
, As shown in FIG. 1, is connected to the cathode side of the diode D1. A predetermined reference potential V1 is connected to a non-inverting input terminal of the operational amplifier 6.

【0009】さて、PLL回路が変調波入力に同期して
いる場合の動作は、ループフィルタ2からのコントロー
ル電圧がオペアンプ4で構成された電圧ホロア回路に入
力され、同じ電圧が出力される。この出力電圧は、ダイ
オードD1の順方向電圧降下分だけ低下してオペアンプ
5で構成された電圧ホロア回路に入力され、同じ電圧が
位相比較器1の基準電位端子とオペアンプ21の非反転
入力端子にアナロググランド電圧SG(11で図示)と
して供給される。したがって、コントロール電圧SCと
アナロググランド電圧SGの電圧差は、常に一定となる
ので、温度変化や部品のバラツキでコントロール電圧S
Cが変化しても、その変化に追従するように動作し、変
調波入力に対するPLL回路の応答特性の変化が少なく
なる。より具体的には、位相比較器1の位相比較出力電
位をVoとし、2つの位相比較入力信号の位相差による
電位差をVpdとすると、 Vo=Vpd+SG となる。したがって、オペアンプ4〜6、ダイオードD
1、D2及び抵抗R1とコンデンサC1の並列回路によ
り、ループフィルタの基準電位SGを変化させると、そ
のまま位相比較器1の出力電位Voが変化することにな
る。
In the operation when the PLL circuit is synchronized with the modulation wave input, the control voltage from the loop filter 2 is input to the voltage follower circuit composed of the operational amplifier 4, and the same voltage is output. This output voltage is reduced by the forward voltage drop of the diode D1 and input to the voltage follower circuit formed by the operational amplifier 5, and the same voltage is applied to the reference potential terminal of the phase comparator 1 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 21. It is supplied as an analog ground voltage SG (shown at 11). Therefore, the voltage difference between the control voltage SC and the analog ground voltage SG is always constant.
Even if C changes, it operates so as to follow the change, and the change in the response characteristic of the PLL circuit to the modulated wave input is reduced. More specifically, assuming that the phase comparison output potential of the phase comparator 1 is Vo and the potential difference due to the phase difference between the two phase comparison input signals is Vpd, Vo = Vpd + SG. Therefore, the operational amplifiers 4 to 6 and the diode D
When the reference potential SG of the loop filter is changed by a parallel circuit of the resistor D1, the resistor R1, and the capacitor C1, the output potential Vo of the phase comparator 1 changes as it is.

【0010】電源投入時等のように、PLL回路が非同
期状態では、コントロール電圧SCは、アナロググラン
ドSGの電圧で安定する。したがって、ダイオードD1
の両端の電圧は、同一となり、ダイオードD1には電流
が流れず、コントロール電圧SCおよびアナロググラン
ドSGの電圧は、コンデンサC1の充電電位と同一とな
る。コンデンサC1に充電されている電荷は、抵抗R1
を介して放電され、その電位も徐々に低下する。それに
伴い、コントロール電圧SCおよびアナロググランドS
Gも低下する。アナロググランドSGの電位が、基準電
位V1よりも低下すると、オペアンプ6から成るコンパ
レータの出力がハイレベルとなり、ダイオードD2を通
してコンデンサC1が充電される。その後、アナロググ
ランドSGの電位が基準電位V1より高くなってコンデ
ンサC1への充電が停止される。そして、また、コンデ
ンサC1が徐々に放電し、コントロール電圧SCおよび
アナロググランドSGの電位が低下する。すなわち、非
同期状態では、位相比較器1に入力される2つの信号の
周波数が異なるため、その位相差による出力電位成分V
pdは交流信号になり、直流成分を持たない。したがっ
て、位相比較器1の位相比較出力電位Voの直流成分は
SGのみとなり、それがオペアンプ21の反転入力端子
側に入力され、また、オペアンプ21の非反転入力端子
側にはSGがそのまま入力されるから、結果としてオペ
アンプ21の出力端子つまりループフィルタ2の出力直
流電位SCはSGが現れる。その結果、基準電位SGを
変化させるとループフィルタ2の出力直流電位が同様に
変化する。上記のように、非同期状態では基準電位SG
とループフィルタ2の出力直流電位が同じ値となり、ま
た、位相比較器1の位相比較出力電位Voの中の位相差
による出力電位成分Vpdは交流成分のみであり、ルー
プフィルタ2によって減衰されるから、ループフィルタ
の出力電位SCは、 SC=Vo≒SG となる。この場合、ダイオードD1の両端の電位が等し
くなるから、ダイオードD1には電流が流れず。R1に
よってC1に充電されている電荷が放電されるから、C
1の両端の電位差が低くなり、したがって、基準電位S
Gが低くなる。SC≒SGの関係よりSCも低くなるた
め、双方の電位がスイープすることになる。ここで、P
LLの同期状態及び引き込みが可能な状態では、ループ
フィルタの出力電位SCが同期する電位に収束しようと
PLL側で帰還がかかるのでSCが安定するが、非同期
状態ではPLLの帰還よりも上記のスイープしようとす
る効果が大きくなるため、自然にスイープすることにな
る。したがって、非同期状態を検出する回路は特に必要
とはしないことになる。
When the PLL circuit is in an asynchronous state such as when the power is turned on, the control voltage SC is stabilized at the voltage of the analog ground SG. Therefore, the diode D1
Are the same, no current flows through the diode D1, and the control voltage SC and the voltage of the analog ground SG are the same as the charged potential of the capacitor C1. The electric charge charged in the capacitor C1 is equal to the resistance R1
, And the potential gradually decreases. Accordingly, the control voltage SC and the analog ground S
G also decreases. When the potential of the analog ground SG becomes lower than the reference potential V1, the output of the comparator including the operational amplifier 6 becomes high level, and the capacitor C1 is charged through the diode D2. Thereafter, the potential of the analog ground SG becomes higher than the reference potential V1, and charging of the capacitor C1 is stopped. Then, the capacitor C1 is gradually discharged, and the potentials of the control voltage SC and the analog ground SG decrease. That is, in the asynchronous state, since the two signals input to the phase comparator 1 have different frequencies, the output potential component V
pd becomes an AC signal and has no DC component. Therefore, the direct current component of the phase comparison output potential Vo of the phase comparator 1 is only SG, which is input to the inverting input terminal side of the operational amplifier 21, and SG is directly input to the non-inverting input terminal side of the operational amplifier 21. As a result, SG appears as the output terminal of the operational amplifier 21, that is, the output DC potential SC of the loop filter 2. As a result, when the reference potential SG is changed, the output DC potential of the loop filter 2 also changes. As described above, in the asynchronous state, the reference potential SG
And the output DC potential of the loop filter 2 becomes the same value, and the output potential component Vpd due to the phase difference in the phase comparison output potential Vo of the phase comparator 1 is only an AC component and is attenuated by the loop filter 2. , The output potential SC of the loop filter becomes SC = Vo ≒ SG. In this case, since the potentials at both ends of the diode D1 become equal, no current flows through the diode D1. Since the charge charged in C1 is discharged by R1,
1 is low, and therefore the reference potential S
G decreases. Since SC is lower than the relationship of SC ≒ SG, both potentials are swept. Where P
In the synchronized state of the LL and the state in which the pull-in is possible, feedback is applied on the PLL side so that the output potential SC of the loop filter converges to the synchronized potential, so that the SC is stabilized. Because the effect of trying is greater, the sweep will be natural. Therefore, a circuit for detecting the asynchronous state is not particularly required.

【0011】変調波入力がない場合には、上記の如きコ
ンデンサC1への充電、放電動作が繰り返されるが、通
常は、途中でコントロール電圧SCがPLLのロック電
圧付近に至ると、PLLが同期状態になり、コントロー
ル電圧SCとアナロググランドSGの電位が安定する。
この非同期状態から同期状態に至るまでのコントロール
電圧SCの時間的変化が図2に示されている。図2にお
いて、VCCはPLL回路の電源電圧を、τ=C1・R
1は抵抗R1とコンデンサC1並列回路の時定数を示し
ている。上記グランド電圧を変えることによって、非同
期状態ではコントロール電圧とアナロググランド電圧を
スイープしたり、スイープ電圧を監視して一定範囲外に
なったときにリセットすることによって繰り返しスイー
プすることができる。ここで、「変調波入力がない場
合」には、位相比較器1の位相比較出力電位Voの中の
位相差による出力電位成分Vpdは0であり、 SC=Vo=SG となる。尚、PLL変調器を用いた周波数シンセサイザ
を広帯域で発振させる例においても、コントロール電圧
をフィードバックさせて非同期時に、コントロール電圧
がスイープするような構成することによって、同様にキ
ャプチュアレンジを拡大できることは勿論である。
When there is no modulation wave input, the charging and discharging operations to the capacitor C1 as described above are repeated. Usually, when the control voltage SC reaches the vicinity of the lock voltage of the PLL, the PLL is in a synchronized state. , And the potentials of the control voltage SC and the analog ground SG are stabilized.
FIG. 2 shows a temporal change of the control voltage SC from the asynchronous state to the synchronous state. In FIG. 2, VCC represents the power supply voltage of the PLL circuit, and τ = C1 · R
1 indicates a time constant of the parallel circuit of the resistor R1 and the capacitor C1. By changing the ground voltage, the control voltage and the analog ground voltage can be swept in the asynchronous state, or the sweep voltage can be repeatedly swept by monitoring the sweep voltage and resetting it when it falls outside a certain range. Here, when “there is no modulated wave input”, the output potential component Vpd due to the phase difference in the phase comparison output potential Vo of the phase comparator 1 is 0, and SC = Vo = SG. In the case where the frequency synthesizer using the PLL modulator oscillates in a wide band, the control voltage is fed back and the control voltage is swept at the time of asynchronous operation, so that the capture range can be expanded similarly. is there.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるP
LL変調器における変調波出力を入力信号とし、帯域制
限を行うための位相同期回路は、電圧制御発振器(VC
O)のコントロール電圧をフィードバックさせて位相比
較器やループフィルタの基準(グランド)電圧を制御し
ているので、温度変化に起因する特性変化を補償できる
だけでなく、部品のバラツキや経年変化に対する補償も
可能となる。その結果、PLL機能のキャプチャレンジ
が拡大される。
As described above, according to the present invention, P
A phase-locked loop for performing band limitation by using a modulated wave output from the LL modulator as an input signal is a voltage controlled oscillator (VC
Since the reference voltage of the phase comparator and the loop filter is controlled by feeding back the control voltage of O), not only can the characteristic change due to the temperature change be compensated, but also the variation in parts and the aging change can be compensated. It becomes possible. As a result, the capture range of the PLL function is expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明によるPLL変調器の一実施例を示す
構成ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a PLL modulator according to the present invention.

【図2】図1の実施例におけるVCOのコントロール電
圧の変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in a control voltage of a VCO in the embodiment of FIG.

【図3】従来のPLL変調器の構成ブロック図である。FIG. 3 is a configuration block diagram of a conventional PLL modulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位相比較器 2 ループフィルタ 3 電圧制御発振器 4〜7、21 オペアンプ 8 サーミスタ Reference Signs List 1 phase comparator 2 loop filter 3 voltage controlled oscillator 4 to 7, 21 operational amplifier 8 thermistor

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一入力に入力信号を受け、前記入力信号と
他入力への入力信号との位相差を出力する位相比較器
と、この位相比較器の出力を入力とするループフィルタ
と、このループフィルタの出力をコントロール信号とし
て受け、出力信号が前記位相比較器の前記他入力信号と
して供給される電圧制御発振器とを備え、PLL変調器
における変調波出力を入力信号として位相同期を行う位
相同期回路において、 前記ループフィルタの出力直流電位(SC)に基づい
て、前記位相比較器及び前記ループフィルタの基準電位
(SG)を可変し、かつ非同期状態時には前記ループフ
ィルタの基準電位をスイープし、前記ループフィルタの
出力電位をスイープすることを特徴とする帯域制限用の
位相同期回路。
1. A phase comparator for receiving an input signal at one input and outputting a phase difference between the input signal and an input signal to another input; a loop filter having an output of the phase comparator as an input; A voltage-controlled oscillator receiving an output of the loop filter as a control signal, and an output signal supplied as the other input signal of the phase comparator, and performing phase synchronization using a modulated wave output from the PLL modulator as an input signal. A circuit that varies a reference potential (SG) of the phase comparator and the loop filter based on an output DC potential (SC) of the loop filter, and sweeps a reference potential of the loop filter in an asynchronous state; A band-locking phase-locked loop characterized by sweeping the output potential of a loop filter.
【請求項2】前記ループフィルタの基準電位を監視して
一定範囲外となったときにリセットし、繰り返しスイー
プすることを特徴とする請求項1に記載の位相同期回
路。
2. The phase-locked loop according to claim 1, wherein the reference potential of the loop filter is monitored and reset when the reference potential is out of a certain range, and the sweep is repeated.
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