JPH0421215B2 - - Google Patents
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- JPH0421215B2 JPH0421215B2 JP57155298A JP15529882A JPH0421215B2 JP H0421215 B2 JPH0421215 B2 JP H0421215B2 JP 57155298 A JP57155298 A JP 57155298A JP 15529882 A JP15529882 A JP 15529882A JP H0421215 B2 JPH0421215 B2 JP H0421215B2
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- JP
- Japan
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- transistor
- resistor
- voltage
- current
- circuit
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
- G05F3/26—Current mirrors
- G05F3/265—Current mirrors using bipolar transistors only
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
- Y10S323/907—Temperature compensation of semiconductor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔本発明の分野〕
本発明は、半導体集積回路に関するものであ
り、特に温度変化によつては影響されない安定し
た基準電圧を提供する回路に関するものである。
り、特に温度変化によつては影響されない安定し
た基準電圧を提供する回路に関するものである。
安定した基準電圧を提供する回路、特に、シエ
ナー・ダイオード、即ちアバランシエ・ブレーク
ダウン・ダイオードを組込んだ、高電圧源で用い
られる回路は、良く知られている。低電圧源で
は、例えばシリコンのバンド・ギヤツプ電圧に対
して温度補正されたダイオードが、低い安定した
基準電圧を提供するために、用いられてきた。
ナー・ダイオード、即ちアバランシエ・ブレーク
ダウン・ダイオードを組込んだ、高電圧源で用い
られる回路は、良く知られている。低電圧源で
は、例えばシリコンのバンド・ギヤツプ電圧に対
して温度補正されたダイオードが、低い安定した
基準電圧を提供するために、用いられてきた。
“A Simple Three−Terminal IC
Bandgap Reference”、by A.P.Brokaw、IEEE
Journal of Solid−State Circuits、
December1974、Vol.SC−9、pp.388−393の論
文には、一方のトランジスタのエミツタが、電流
ミラー負荷で感知するコレクタ電流を用いた他方
のトランジスタのエミツタよりも、より大きく作
られている、2つのトランジスタ回路が開示され
ている。スタート手段を提供するために、電界効
果トランジスタ(FET)が、このバイポーラ回
路に提供されている。
Bandgap Reference”、by A.P.Brokaw、IEEE
Journal of Solid−State Circuits、
December1974、Vol.SC−9、pp.388−393の論
文には、一方のトランジスタのエミツタが、電流
ミラー負荷で感知するコレクタ電流を用いた他方
のトランジスタのエミツタよりも、より大きく作
られている、2つのトランジスタ回路が開示され
ている。スタート手段を提供するために、電界効
果トランジスタ(FET)が、このバイポーラ回
路に提供されている。
米国特許第4085359号は、前記論文に開示され
たものと類似する、バンド・ギヤツプ電圧基準回
路を開示しているが、しかし、さらに第1及び第
2のダイオードを含むスタート回路と、正の電圧
源端子と接地との間に直列に配置された抵抗体
と、直列回路のある地点に接続された入力及び基
準回路のアンプに接続された出力を有するバイポ
ーラ・トランジスタとを提供している。
たものと類似する、バンド・ギヤツプ電圧基準回
路を開示しているが、しかし、さらに第1及び第
2のダイオードを含むスタート回路と、正の電圧
源端子と接地との間に直列に配置された抵抗体
と、直列回路のある地点に接続された入力及び基
準回路のアンプに接続された出力を有するバイポ
ーラ・トランジスタとを提供している。
米国特許第4091321号は、シリコンのバンド・
ギヤツプ電圧よりも小さく規定された出力電圧を
提供する基準回路を開示している。この回路で
は、種々の電流レベルで動作する2つのトランジ
スタのベース・エミツタ電圧降下の差電圧が、正
の温度係数を有する抵抗体間に現われ、そして電
流源がこの回路では使用されている。
ギヤツプ電圧よりも小さく規定された出力電圧を
提供する基準回路を開示している。この回路で
は、種々の電流レベルで動作する2つのトランジ
スタのベース・エミツタ電圧降下の差電圧が、正
の温度係数を有する抵抗体間に現われ、そして電
流源がこの回路では使用されている。
本発明は、低い負の基準電圧を提供する改良さ
れた回路を提供することである。
れた回路を提供することである。
本発明の他の目的は、固定された又はゼロの温
度係数を有する改良された低い負の基準電圧発生
回路を提供する事である。
度係数を有する改良された低い負の基準電圧発生
回路を提供する事である。
さらに、本発明の他の目的は、簡単な負のバン
ド・ギヤツプ調整回路を提供することである。
ド・ギヤツプ調整回路を提供することである。
また、本発明の他の目的は、温度又は電源の変
化にかかわらず、より正の端子に対して安定した
正確な電圧を生じる、小さなサイズの基準回路を
提供することである。
化にかかわらず、より正の端子に対して安定した
正確な電圧を生じる、小さなサイズの基準回路を
提供することである。
本発明の教示するところによると、電流ミラー
回路が結合された第1及び第2のトランジスタを
有する相互コンダクタンスのアンプを含むバン
ド・ギヤツプ調整器(band gap regulator)が
提供される。負のフイードバツク回路が、アンプ
及び電流ミラー回路間の共通地点から、第1及び
第2のトランジスタのエミツタに結合されてい
る。
回路が結合された第1及び第2のトランジスタを
有する相互コンダクタンスのアンプを含むバン
ド・ギヤツプ調整器(band gap regulator)が
提供される。負のフイードバツク回路が、アンプ
及び電流ミラー回路間の共通地点から、第1及び
第2のトランジスタのエミツタに結合されてい
る。
本発明の前記の及びその他の目的、特徴、並び
に利点は、添付図面に示された、本発明の好実施
例についての以下のより特定した説明から明らか
になるであろう。
に利点は、添付図面に示された、本発明の好実施
例についての以下のより特定した説明から明らか
になるであろう。
添付図の回路をより詳細に参照するに、以下の
ものを含む、本発明のバンド・ギヤツプ調整器の
好実施例が示されている。即ち、NPN型の第1
及び第2のバイポーラ・トランジスタT1及びT
2、並びに第1及び第2の抵抗体R1及びR2を
有する相互コンダクタンス・アンプとPNP型の
第3のバイポーラ・トランジスタT3、第1のダ
イオードD1、並びに第3及び第4の抵抗体R3
及びR4を有する電流ミラー回路と、NPN型の
第4のバイポーラ・トランジスタT4、第2のダ
イオードD2、並びに、例えば−5ボルトに等し
い負の電圧端子−Vに接続された、矢印により示
されている電流源を有する負のフイードバツク回
路とを含む。その電流ミラー回路では、第1のダ
イオードD1の順方向バイアス電圧が第3のバイ
ポーラ・トランジスタT3の順方向バイアス電圧
と同じであつて、第3及び第4の抵抗体R3及び
R4の抵抗値がほぼ同じであり、このために、電
流ミラー回路の両方の電流路について電圧降下及
び抵抗値がほぼ同じなので、第3の抵抗体R3か
ら流れ出る電流値と第3のバイポーラ・トランジ
スタT3から流れ出る電流値とは同じになり、一
方の電流路中の電流は他方の電流路に反映され
る。抵抗体R1,R2,R3及びR4の値は、
各々300、1800、100及び100Ωに等しい。トラン
ジスタT1対T2のエミツタ領域の比は、これら
の抵抗体の値については、4に等しく、一方、電
流ミラー比は、1対1である。
ものを含む、本発明のバンド・ギヤツプ調整器の
好実施例が示されている。即ち、NPN型の第1
及び第2のバイポーラ・トランジスタT1及びT
2、並びに第1及び第2の抵抗体R1及びR2を
有する相互コンダクタンス・アンプとPNP型の
第3のバイポーラ・トランジスタT3、第1のダ
イオードD1、並びに第3及び第4の抵抗体R3
及びR4を有する電流ミラー回路と、NPN型の
第4のバイポーラ・トランジスタT4、第2のダ
イオードD2、並びに、例えば−5ボルトに等し
い負の電圧端子−Vに接続された、矢印により示
されている電流源を有する負のフイードバツク回
路とを含む。その電流ミラー回路では、第1のダ
イオードD1の順方向バイアス電圧が第3のバイ
ポーラ・トランジスタT3の順方向バイアス電圧
と同じであつて、第3及び第4の抵抗体R3及び
R4の抵抗値がほぼ同じであり、このために、電
流ミラー回路の両方の電流路について電圧降下及
び抵抗値がほぼ同じなので、第3の抵抗体R3か
ら流れ出る電流値と第3のバイポーラ・トランジ
スタT3から流れ出る電流値とは同じになり、一
方の電流路中の電流は他方の電流路に反映され
る。抵抗体R1,R2,R3及びR4の値は、
各々300、1800、100及び100Ωに等しい。トラン
ジスタT1対T2のエミツタ領域の比は、これら
の抵抗体の値については、4に等しく、一方、電
流ミラー比は、1対1である。
トランジスタT1及びT2のベースは、相互接
続され、トランジスタT2のエミツタは、第2の
抵抗体R2及び電流源を通つて負の電圧端子−V
に接続されている、一方、トランジスタT1のエ
ミツタは、直列に配置された第1及び第2の抵抗
体R1及びR2並びに電流源を通つて負の電圧端
子−Vに接続されている。第3の抵抗体R3の一
方の端は、第2トランジスタT2のベースと、第
1のダイオードD1を通して接地のような基準電
位の地点とに接続されている。一方、第3の抵抗
体R3の他方の端は、第2トランジスタT2のコ
レクタに接続されている。PNPトランジスタT
3のコレクタは、第1トランジスタT1のコレク
タに接続され、ベースは、第2トランジスタT2
のコレクタに接続され、一方エミツタは、第4の
抵抗体R4を通つて基準電位の地点に接続されて
いる。第4トランジスタT4のコレクタは、基準
電位の地点に接続され、ベースは、第1トランジ
スタT1のコレクタに接続され、エミツタは、第
2ダイオードD2及び電流源を通つて負の電圧端
子−Vに接続されている。出力端子は、第4トラ
ンジスタT4のエミツタに提供されている。
続され、トランジスタT2のエミツタは、第2の
抵抗体R2及び電流源を通つて負の電圧端子−V
に接続されている、一方、トランジスタT1のエ
ミツタは、直列に配置された第1及び第2の抵抗
体R1及びR2並びに電流源を通つて負の電圧端
子−Vに接続されている。第3の抵抗体R3の一
方の端は、第2トランジスタT2のベースと、第
1のダイオードD1を通して接地のような基準電
位の地点とに接続されている。一方、第3の抵抗
体R3の他方の端は、第2トランジスタT2のコ
レクタに接続されている。PNPトランジスタT
3のコレクタは、第1トランジスタT1のコレク
タに接続され、ベースは、第2トランジスタT2
のコレクタに接続され、一方エミツタは、第4の
抵抗体R4を通つて基準電位の地点に接続されて
いる。第4トランジスタT4のコレクタは、基準
電位の地点に接続され、ベースは、第1トランジ
スタT1のコレクタに接続され、エミツタは、第
2ダイオードD2及び電流源を通つて負の電圧端
子−Vに接続されている。出力端子は、第4トラ
ンジスタT4のエミツタに提供されている。
このバンド・ギヤツプ調整器では、温度に関し
ての電圧変化は、第2トランジスタT2のエミツ
タ・ベース接合間の電圧変化が第2の抵抗体R2
間の電圧変化に等しく且つ正反対となるように、
回路の値を選択することにより補正される。本発
明の調整器では、第1及び第2のトランジスタT
1及びT2は、同じ電流レベルで動作する。しか
し、第1トランジスタT1のベース・エミツタ接
合領域は、第2トランジスタT2の対応する領域
よりも、4乃至10倍も大きい。この結果、第1ト
ランジスタT1は、第2トランジスタT2よりも
低い電流密度を有し、それ故に、第1トランジス
タT1のベース・エミツタ接合間の電圧降下は、
コレクタ電流の所与のレベルについては、第2ト
ランジスタT2のものよりも小さい。エミツタ・
ベース接合の温度係数は、それらの電流密度に逆
比例する。従つて、第1の抵抗体R1間で生じる
電圧は、第1及び第2のトランジスタT1及びT
2のベース・エミツタ接合の電圧降下の差に等し
く、そして正の温度係数を有する。抵抗体R1を
通つて流れる電流は、この電圧差に比例するの
で、第2の抵抗体R2間の電圧降下もまた、この
電圧差に比例する。回路パラメータを適当に選択
することにより、正の温度係数を有する第2抵抗
体R2間の電圧降下と、負の温度係数を有する第
2トランジスタT2間の電圧降下とは、それらの
温度係数が互いに相殺し合つて、結果として、ゼ
ロの温度係数、並びにトランジスタの半導体物質
のバンド・ギヤツプ電圧に実質的に等しい大きさ
を有する、出力端子における電圧を生じるよう
に、組合せられ得ることを、理解されたい。
ての電圧変化は、第2トランジスタT2のエミツ
タ・ベース接合間の電圧変化が第2の抵抗体R2
間の電圧変化に等しく且つ正反対となるように、
回路の値を選択することにより補正される。本発
明の調整器では、第1及び第2のトランジスタT
1及びT2は、同じ電流レベルで動作する。しか
し、第1トランジスタT1のベース・エミツタ接
合領域は、第2トランジスタT2の対応する領域
よりも、4乃至10倍も大きい。この結果、第1ト
ランジスタT1は、第2トランジスタT2よりも
低い電流密度を有し、それ故に、第1トランジス
タT1のベース・エミツタ接合間の電圧降下は、
コレクタ電流の所与のレベルについては、第2ト
ランジスタT2のものよりも小さい。エミツタ・
ベース接合の温度係数は、それらの電流密度に逆
比例する。従つて、第1の抵抗体R1間で生じる
電圧は、第1及び第2のトランジスタT1及びT
2のベース・エミツタ接合の電圧降下の差に等し
く、そして正の温度係数を有する。抵抗体R1を
通つて流れる電流は、この電圧差に比例するの
で、第2の抵抗体R2間の電圧降下もまた、この
電圧差に比例する。回路パラメータを適当に選択
することにより、正の温度係数を有する第2抵抗
体R2間の電圧降下と、負の温度係数を有する第
2トランジスタT2間の電圧降下とは、それらの
温度係数が互いに相殺し合つて、結果として、ゼ
ロの温度係数、並びにトランジスタの半導体物質
のバンド・ギヤツプ電圧に実質的に等しい大きさ
を有する、出力端子における電圧を生じるよう
に、組合せられ得ることを、理解されたい。
第1トランジスタT1のコレクタに接続された
第4トランジスタT4のベースと、第1及び第2
の抵抗体R1及びR2を通つて第1及び第2のト
ランジスタT1及びT2のエミツタに接続された
第2のダイオードD2の陰極とにより、先に述べ
たように正の温度係数を有する第1及び第2のト
ランジスタT1及びT2のコレクタにおいて、従
つて、また、電流ミラー回路D1,T3,R3及
びR4において、電流を一定に維持することにな
る、負のフイードバツク・パスが提供されている
ことを、理解されたい。
第4トランジスタT4のベースと、第1及び第2
の抵抗体R1及びR2を通つて第1及び第2のト
ランジスタT1及びT2のエミツタに接続された
第2のダイオードD2の陰極とにより、先に述べ
たように正の温度係数を有する第1及び第2のト
ランジスタT1及びT2のコレクタにおいて、従
つて、また、電流ミラー回路D1,T3,R3及
びR4において、電流を一定に維持することにな
る、負のフイードバツク・パスが提供されている
ことを、理解されたい。
もし、第4トランジスタT4のベース電流が増
加するなら、T4のエミツタ電流もまた増加す
る。電流源は一定の電流を生じるので、第4トラ
ンジスタのエミツタ電流の増加は、第2抵抗体R
2を通る電流の対応する減少を生じ、第1及び第
2トランジスタT1及びT2に対して利用できる
電流を減少させる。即ち、第1及び第2トランジ
スタT1及びT2のコレクタにおける電流を減少
させる。両トランジスタT1及びT2中の電流の
流れにおいて減少が存在するのであるが、第2ト
ランジスタT2を通る電流の流れにおいて、より
大きな減少が存在する。第1の抵抗体R1のため
に、第1トランジスタT1におけるよりも第2ト
ランジスタT2における方が、より大きな電流の
変化が存在することになる。この電流変化は、第
3トランジスタT3のベースを通つて、そして第
4トランジスタT4のベースへ反映される。従つ
て、正味のフイードバツクは負であり、そして調
整回路は、安定される。
加するなら、T4のエミツタ電流もまた増加す
る。電流源は一定の電流を生じるので、第4トラ
ンジスタのエミツタ電流の増加は、第2抵抗体R
2を通る電流の対応する減少を生じ、第1及び第
2トランジスタT1及びT2に対して利用できる
電流を減少させる。即ち、第1及び第2トランジ
スタT1及びT2のコレクタにおける電流を減少
させる。両トランジスタT1及びT2中の電流の
流れにおいて減少が存在するのであるが、第2ト
ランジスタT2を通る電流の流れにおいて、より
大きな減少が存在する。第1の抵抗体R1のため
に、第1トランジスタT1におけるよりも第2ト
ランジスタT2における方が、より大きな電流の
変化が存在することになる。この電流変化は、第
3トランジスタT3のベースを通つて、そして第
4トランジスタT4のベースへ反映される。従つ
て、正味のフイードバツクは負であり、そして調
整回路は、安定される。
調整された電圧が、前記したようにトランジス
タT1及びT2のベースと、第2抵抗体R2及び
第2ダイオードD2間の共通地点との間に現われ
るが、しかし、電流ミラー回路及びフイードバツ
ク回路に各々第1及び第2のダイオードD1及び
D2を提供することにより、ダイオードD1及び
D2間のトラツキング(tracking)のため、出力
端子と接地との間に、調整された電圧がまた生じ
る。第1及び第2のダイオードD1及びD2は他
の成分で置換されるが、しかしながら、これらの
成分は、電圧に関して同じ温度係数を有する必要
がある。さらに、第1ダイオードD1は、それが
第2トランジスタT2のベースに結合されている
限りは、電流ミラー回路内に配置される必要のな
いことは、理解されるべきである。
タT1及びT2のベースと、第2抵抗体R2及び
第2ダイオードD2間の共通地点との間に現われ
るが、しかし、電流ミラー回路及びフイードバツ
ク回路に各々第1及び第2のダイオードD1及び
D2を提供することにより、ダイオードD1及び
D2間のトラツキング(tracking)のため、出力
端子と接地との間に、調整された電圧がまた生じ
る。第1及び第2のダイオードD1及びD2は他
の成分で置換されるが、しかしながら、これらの
成分は、電圧に関して同じ温度係数を有する必要
がある。さらに、第1ダイオードD1は、それが
第2トランジスタT2のベースに結合されている
限りは、電流ミラー回路内に配置される必要のな
いことは、理解されるべきである。
本発明の回路は、接地に対して規定された小さ
な負の電圧を生じ、負の基準電圧を必要とする集
積回路で容易に用いられることに、注意すべき
だ。
な負の電圧を生じ、負の基準電圧を必要とする集
積回路で容易に用いられることに、注意すべき
だ。
出力電圧に独立となるように指定された電流源
を有する場合には、第2抵抗体R2、トランジス
タT2及びダイオードD1を通る接地までの電流
パスにより、調整器は、パワー・アツプ時に自動
的にスタートする。
を有する場合には、第2抵抗体R2、トランジス
タT2及びダイオードD1を通る接地までの電流
パスにより、調整器は、パワー・アツプ時に自動
的にスタートする。
先に示したように、電流ミラー回路D1,T
3,R3及びR4は、1対1の比を有する相互コ
ンダクタンス・アンプT1及びT2中へ電流を与
えるが、しかしながら、所望なら、第2トランジ
スタT2のベース・エミツタ接合及び第2抵抗体
R2の間の等しいがしかし正反対である電圧降下
を維持するのに、第1及び第2のトランジスタT
1及びT2のベース・エミツタ接合のサイズにお
ける釣り合つた変化を有して、第1及び第2のト
ランジスタT1及びT2のコレクタへ、他の割合
の電流が供給され得る。
3,R3及びR4は、1対1の比を有する相互コ
ンダクタンス・アンプT1及びT2中へ電流を与
えるが、しかしながら、所望なら、第2トランジ
スタT2のベース・エミツタ接合及び第2抵抗体
R2の間の等しいがしかし正反対である電圧降下
を維持するのに、第1及び第2のトランジスタT
1及びT2のベース・エミツタ接合のサイズにお
ける釣り合つた変化を有して、第1及び第2のト
ランジスタT1及びT2のコレクタへ、他の割合
の電流が供給され得る。
従つて、本発明により、接地のようなより正の
端子に対して負である、比較的小さく、高度に調
整された電圧を生じる、簡単なバンド・ギヤツプ
調整回路が提供されたことを理解されたい。本発
明の回路は、小さな負の基準電圧を提供するため
に、例えば、−5ボルト乃至はそれより小さい、
減少された電圧を有する負の電源で、容易に用い
られ得る。
端子に対して負である、比較的小さく、高度に調
整された電圧を生じる、簡単なバンド・ギヤツプ
調整回路が提供されたことを理解されたい。本発
明の回路は、小さな負の基準電圧を提供するため
に、例えば、−5ボルト乃至はそれより小さい、
減少された電圧を有する負の電源で、容易に用い
られ得る。
添付図は、本発明のバンド・ギヤツプ調整器の
好実施例を示す回路図である。
好実施例を示す回路図である。
Claims (1)
- 1 各々のベースが相互接続された第1及び第2
トランジスタと、前記第1トランジスタのエミツ
タに直列接続された第1抵抗体と、前記第2トラ
ンジスタのエミツタ及び前記第1抵抗体に直列接
続された第2抵抗体と、前記第2抵抗体に直列接
続された電流源と、前記第1及び第2トランジス
タのコレクタと基準電位との間に接続されて前記
第2トランジスタのコレクタと前記基準電位との
間に第1インピーダンス手段を有する電流ミラー
回路と、ベースが前記第1トランジスタのコレク
タに接続されコレクタが前記基準電位に接続され
そしてエミツタが出力端子に接続された第3トラ
ンジスタと当該第3トランジスタのエミツタと前
記第2抵抗体及び前記電流源の接続点との間に接
続された第2インピーダンス手段とを有する負の
フイードバツク回路とを備え、前記第1及び第2
インピーダンス手段が類似する電圧温度係数を有
している基準電圧発生回路。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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