高频电路设计与制作 市川裕一.pdf
高频电路设计与制作 市川裕一.pdf 高频电路设计与制作 市川裕一.pdf图字:01-2005-1166号内容简介本书是“图解实用电子技术丛书”之一。全书共分9章。本书首先对高频的基本知识加以介绍,然后在后续的篇章里,对开关、低噪声放大器、混频器、滤波器、检波电路、振荡电路、PLL的设计与制作等进行详细论述。本书全面地阐述了有关高频电路设计的基础理论及其实际制作,且配有大量的印制电路板图、仿真电路等,图文并茂,大大地提高了本书的参考阅读价值本书适合电子通信及其相关领域的工程技术人员参考阅读,也可作为大专院校电子、通信专业学生的课外阅读资料。图书在版编目(CIP)数据高频电路设计与制作/(日)市川裕一,青木胜著;卓圣鹏译;何希才校北京:科学出版社,2006(图解实用电子技术丛书)ISBN7-03-017369-4I.高…Ⅱ.①市…②青…③卓…④何…Ⅲ.高频电路-设计Ⅳ.TN710.2中国版本图书馆CIP数据核字(2006)第058116号责任编辑:赵方青崔炳哲/责任制作:魏谨责任印制:刘士平/封面制作:李力北京东方科龙囹文有限公司制作http://www.okbook.com.cn学寓版出版比京东黄城根北街16号邮政码:100717http://www縹海印剁有限责任公司印刷科学出版社发行各地新华书店经销2006年8月第版开本:B5(720×1000)2007年2月第二次印刷印张:印数:4001-7000字数:271000定价:39.00元(如有印装质量问题,我社负责调换(新欣》)译者序对电路设计而言,高频电路是由具有丰富经验的技术人员进行设计的。所以,高频电路的设计工作重任往往肩负在前辈工程师的身上。因为高频电路涉及的参数很多,设计时受周边电路的影响很大,不仅要考虑电路本身的设计,也要顾及所使用印制基板的材质、厚度和印制布线等。只要设计不当,就会产生寄生电容形成谐振电路,造成信号被衰减或产生噪声,导致无法满足设计要求。因此,高频电路设计人员需要有经验,所谓经验,就是设计时能事先避免一些不合常理的设计以及解决电路设计时所遇到的问题般初学者可能不具备这些能力。但是,随着科技的进步,高频电路设计的门槛逐渐降低,高频电路/微波电路用的仿真软件也得到了快速的发展。不了解高频电路的人,只要使用髙性能仿真软件,就能得到所需要的性能。因此,设计人员只要依照仿真电路,稍具备一些基本设计概念,就能够设计出高频电路。一般说来,虽能靠仿真软件来设计出所期望的电路,但是,最后还是靠人工去完成。因此,设计人员必须不断学习新知识、积累实际操作经验才能顺利地完成设计任务,而本书就是充实自己的一本好书。本书是高频电路设计的入门书,其内容包括:高频的基础知识,开关、低噪声放大器、混频器、滤波器、检波电路、振荡电路以及PLL等的设计与制作。这些设计与制作都是最基本的概念,根据实际的图表加以说明,使初学者能很快进入高频电路设计领域,对一些有经验的设计者而言,本书也是一本不可或缺的参考书本书内容新颖,深入浅出地介绍了高频电路设计。由于时间仓促,立意虽宏,疏漏之处尚祈不吝指教GHz Jidai no Kousyuuha Kairo SekkeiBy yuichi Ichikawa, Masaru AokiCopyright c 2003 by Yuichi Ichikawa. Masaru AokiAll rights reservedOriginally published in Japan by CQ Publishing Co, Ltd, TokyoChinese (in simplified character only) translation rights arranged withCQ Publishing Co, Ltd, JapanGHz時代O高周波回路設計市川裕—青木胜cQ出版株式会社2004著者简介市川裕一1963年生于群马县1985年毕业于群马大学部电子工学科1985年进入日本光电工业(株)1985年进入日本电气电波机器 Engineering(株),从事微波电路设计1988年进人(株)横尾制作所,从事卫星通信用LNB的设计开发1992年进入太阳诱电(株),从事微弱无线组件设计1999年创办 I-Laboratory,从事高频/微波电路的开发、设计与试制,咨询现在出任1 Laboratory代表青木胜1955年生于埼玉县1979年进入八重州无线(株),从事无线通信设备开发1983年进入日本摩托罗拉(株),从事通信设备的信号处理,控制软件的开发现在出任(有)DST代表董事长图解实用电子技术丛书高频电路设计与制作开关/放大器/检波器/混频器/振荡器的技巧详解〔日]市川裕一青木胜著卓圣鹏译何希才校钭学出版北京前言直到最近,所谓“高频”是指在电气电路中一块特殊的领域。那里是“电子技术人员的世界”,尤其在微波电路的设计现场,反复使用小刀加工印制图案,完成焊接铜箔的作业。作者到现在仍然记得,在刚刚进入高频行业时,听公司的前辈说过,“成为一名合格的技术人员,需要花费10年的工夫”。由于在高频领域常采用试探法,因此,也许从事数字电路或低频电路的专业人员看来,高频电路世界是不易接近的领域。然而随着移动电话的迅速普及,蓝牙( Bluetooth)、无线LAN等无线数据通信设备的快速开发,高频电路技术越来越受到关注。直到今天,人们认为“高频、微波设备是面向防卫产业的特殊技术”,但随着时代的变迁成为最先进技术及通信革命中不可或缺的普遍技术。实际上,在以电气大厂家为中心的高频领域,各种行业不同厂家的加入,且此领域中高频电路技术人员难求的局面仍在延续与过去相比,现在高频电路设计门槛变低而容易进入。原因是根据用户的要求,高频电路/微波电路用的仿真软件在迅速发展。不了解高频电路的人,看看学学久而自通,对输入电路进行最佳化,就能简单设计出相应特性的电路。若使用最近高性能的仿真软件,如果是简单的无源电路,有时也能够实际得到趋近预测特性的性能。但是,仿真软件毕竟是工具,是否能有效利用这种工具全凭使用者所具备的经验与理论基础。在实际的高频电路中,由于有仿真软件不能表现的许多电路要素;因此,实际上,一定要考虑肉眼看不见的电路要素,进行元件的配置,绘制印制图案。使用仿真软件的人,由于积累经验、具备知识的不同,完成的性能有很大差异。常听说“在公司只能做确定工作,不能积累各种经验”。此时,最有效的工作方法是使用仿真软件。若使用仿真软件,就能验证工作中所处理电路的工作情况,并进行调整。若使用刊载于文献与书中的电路或仿真软件附属的样品电路,就能够简单处理各种电路。若由仿真得到虚拟经验,并同时进行日常实用电路的设计与调整,就能极大地提高设计能力。这里,作者最想说的是“要积累丰富的经验”,不仅要阅读文献、书籍,还要尽量多地接触电路,自己动手实际制作,并通过测试调整使电路稳定可靠地进行工作。若接触众多电路,即使要必须设计全新电路或无经验电路时,也会取得成功的。本书是以晶体管技术2000年11月~2001年12月的连载与2000年6月特刊内容作为蓝本,内容加以补充,而后编辑而成。第2章以必须理解的内容为最低限度,对设计高频电路时史密斯图的用法和匹配方法进行了说明。高频电路入门者阅读的图书定是以电磁场理论为中心进行讲解,因此,本书尽量删除了一些难以理解的说明。第3章~第9章,是实际设计、试作并评价2GHz频带的各种高频电路本书所试作的电路还不是十分成熟的电路,有许多改善之处。试作相同电路,无问题也正常动作,“成功啦!”由此感到很高兴,但这并不是结束,而是“经验”积累的开始,大家手脑并用,使这种电路具有更佳的特性。采用试探法过程中,或许大家有新的发现。这就是电路特性好过了头,反而会变坏,这也是“经验”。作为积累经验的题材若能利用本书,那是件高兴的事将自己的想法整理出来以文章的形式呈现给大家,这对于作者来说,也是一次很好的学习机会,并且也是积累经验的过程。本人能够承担本书编写工作,感到非常荣幸最后谨向在百忙之中很快完成了第8章和第9章的编写任务的DST公司的青木胜先生,以及为了使本书浅显易懂而做编辑工作的晶体管技术编辑部的寺前裕司先生致以深深的谢意。2002年冬市川裕目录第1章欢迎进入高频世界—一成为高频工程师为目标1.1频带和电路1.2高频电路设计环境的变化………11241.3现在高频电路设计中广泛存在的弊端……第2章高频的基础知识——为了更好地理解高频信号…2.1信号的波长…………2.2高频电路看作分布常数的电路………2.3高频中最重要的工作是传输线的设计…………112.3.1表示传输线电气特性的“特性阻抗”…………112.3.2高频使用的传输线……2.4用分布常数与集中常数制作的高频电路2.5高频中功率比电压与电流更容易处理…162.5.1S参数的概要…………………2.5.2实际高频元件数据表中记载的S参数…2.6用史密斯图求阻抗2.6.1史密斯图222.6.2在史密斯图上描绘阻抗………………………252.6.3元件与传输线路的增加以及史密斯图上的阻抗轨迹………………………262.7高效率地传输高频信号的技术—匹配………302.7.1禁止使用电阻取得匹配……,,,2.7.2阻抗匹配实例1………………322.7.3阻抗匹配实例2…2.7.4匹配电路构成的不同造成输入阻抗特性的差异……………………………3目录2.7.5使用实际元件的匹配电路………2.8实际无源元件的高频阻抗………2.9能发挥高频电路性能的印制基板的设计2.9.1高频电路用印制基板的基础知识2.9.2印制图案的精度与特性阻抗的偏差2.9.3印制图案“弯曲”对特性阻抗的影响……2.9.4邻近接地图案对信号图案的影响2.9.5邻近信号图案的耦合会彼此影响……………第3章开关的设计与制作—控制信号流的技术3.1高频开关的作用与性能……………3.1.1开关的作用……………………3.1.2开关要求的性能……………3.2开关的种类与选择……………3.3高频开关所使用的半导体元件3.3.1PIN二极管…………3.3.2 MESFET……………………………………633.4PIN二极管作为开关元件的特性实验……………63.5开关基本型—SPST开关的种类与特性…3.5.1两种SPST开关…………………………3.5.2SPST开关的接入损耗与隔离特性3.6SPDT开关的种类与动作3.6.1串联型与并联型的组合开关………………753.6.2两种串联型的组合开关……3.7试作的SPDT开关特性的仿真分析3.7.1SPDT开关的规格…………………………793.7.2试作SPDT开关的高频特性+,隔离特性的改善、,单3.8SPDT开关的试作873.9试作SPDT开关基板的初始特性与调整3.10试作前仿真预测与评价结果不同的原因…………95
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自动驾驶系列报告一---综合篇
自动驾驶产业格局、自动驾驶解决方案、自动驾驶芯片、传感器、车联网国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究图表年加州报告披露路测成绩图表:与克莱斯勒合作车辆及其硬件系统图表发展历程图表:百度平台技术框架图表:百度计划成员单位图表:百度划成员单位图表:百度十划成员单位(按产业链分部分)图表:特斯拉功能图表:奧迪自动驾驶传感器系统图表:特斯拉奥迪图表:自动驾驶芯片主要产品性能图表:未来专用计算平台将成为主流图表系列图表计算平台图表:地平线“征程”自动驾驶芯片图表:各类传感器特点图表:激光雷达原理图表:激光雷达效果图表:激光雷达优缺点图表产品信息图表:新128线激光雷达图表激光雷达芯片图表激光雷达生产线图表:国内主要激光雷达产品信息图表调制亳米波雷达原理图表:毫米波需达类别图表:毫米波雷达优缺点图表:行易道毫米波雷达参数图表:承泰科技毫米波雷达应用图表:苏州豪米波产品基本信息图表:纳雷科技产品基本信息图表:摄像头优缺点图表:车载摄像头产业链图表年全球市场占比图表:舜宇光学车载镜头出货量图表:舜宇光学车载镜头出货量增长率图表:舜宇光学年出货量图表:欧菲科技智能汽车业务收入图表:车联网的应用敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究图表:车联网供应链架构图表:车联网发展趋势图表:我国车联网市场规模(亿美元)图表:三旗通信车联网产品图表:三旗通信合作伙伴图表:英卡科技服务结构图图表系列无线数据记录仪图表卫星定位汽车行驶记录仪图表系统图表系统图表:四维图新“趣驾”系统图表在车联网构架上是核心环节图表:奔驰年新一代车载信息终端系统图表系统的盈利模式图表系统总附加值拆解图表:全球从事系统主要企业图表:国外主要汽车企业所用的系统图表:国内从事系统主要企业图表:国内主要汽车企业所用的系统图表前装和后装市场规模测算(亿元)图表:公司系统分类及主营产品图表:驾驶员控制系统图表:智能车联电子系统图表:华阳集团产品图表:车载信息娱乐系统图表:显示模组与系统图表:高精地图与普通导航电子地图的区别图表:高精地图与普通导航电子地图的区别图表:高精地图头部厂商情况敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究、总论:自动驾驶与电动化、共享化改变汽车产业格局和出行方式意义:与汽车电动化、共享化的趋势结合自动驾驶与汽车电动化、共享化的趋势结合。相比与传统的汽车行业,电动车在系统控制与执行层面更适合自动驾驶,而自动驾驶与车联网的结合、汽车共享化的趋势,能够有效的预防交通事故、同时减少拥堵、提高道路的通行效率,使其容纳不断上升的通流量。未来的出行方式以及汽车本身都将会有很大的变化,由此带来巨大的新兴市场。美国年轻人首次申领驾照人数比例持续下降,自年起,美国肯年群体(岁)驾照持有人数几乎以每年递减;岁各年龄层的驾照持有率均出现了下降,以岁为例,年持有驾照的人数比例下降近;反怏出了即使是美囯这样车轮子上的国家,年轻人不再那么迫切的去考鸳照,共享出行已经可以满足出行需求。图表:美国年轻人首次中领驾照人数比例持续下摩岁有驾照人数来源:匡金证券研究所年美国市场售出万辆二手车(历史最大值),其中即近万人将成为“无车一族”,不再选择买新车而是选择使用以及公共交通解决通勤,也反映出美国市场对于共享出行方式的认可。图表:美国二手车卖家卖车后的选择选择UberLyftt等叫车软件9%其他或不确定,14%买了另辆车或还有一辆车77%来源:路透社,囯金证券研究所敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究我国市场接受度更高。我国市场对于汽车电动化、共享化以及自动化的接受度更高,产业投入更大,预计年自动驾驶的汽车会占据整体出行里程的以上,由此带来的千亿美元规模的新兴市场有待开发。图表:我因出行方式里程比100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%20172018201920202021202220232024202520262027202820292030自驾私家车自动私家车自驾共享车辆自动共享车辆来源:因会证券研究所分级:人类驾驶逐级步入车辆自动驾驶自动驾驶定义ε即让汽车自己拥有环境感知、路径规划并自主实现车辆控制的技术,也就是用电子技术控制汽车进行的仿人驾驶或是自动驾驶。根据人与车辆控制的程度不同,美国汽车工程师协会界定了五级自动驾驶方業,目前在基础上,到级刑的自动驾驶将迳渐成为新车型的标配产生大量新增需求,这是目前主要的投资机会到的完全自动驾驶也在逐渐成熟中,一旦商业化将影响产业的未来。敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究图表;美国汽车工程师加会自动驾分级Execution ofFallbackManitoringSystemSAElevelNameNarrative DefinitionAcceleration/ of Driving, of Dynamic(DrivingDecelerationEnvironment Driving Task Modes)Human driver monitors the driving environmentNothe full-time per formance by the human driver of allAutomation aspects of the dynamic driving task, even when enhanced Human driver Human driver Human driverthe driving mode-specific execution by a driver assistancestem of either steering or acceleration/deceleration using Human drver Human driver Human driver some drivingAssistance information about the driving environment and with theand systemmodesaspects of the dynamic ariving taskthe driving mode-specific execution by one or more driverassistance systems of both steering and acceleration/Partial decelerat on using information about the drivingAutomation environment and with the expectation that the humanSystem Human driver Human driverSome drivingmodesdriver perform all remaining aspects of the dynamic arivingtaskAutomated driving system("system")monitors the driving environmentthe driving mode-specific performance by an automated3Conditional driving system of all aspects of the dynamic driving tasksystemHuman driver Some drivingAutomation with the expectation that the human driver will respondmodesappropr iately to a request to intervenethe driving mode-specific performance by an automa: edHigh driving system of all aspects of the dynamic driving task,SystemSystemSystemSome drivingAutomation even if a human driver does not respond appropriately to amodesequest to intervenethe full-time performance by an automated driving system5Fullof all aspects of the dynamic driving task under all roadwaySystemAll drivingAutomation and environmental conditions that can be managed by amodeshuman drver国金证券研究所代表没有自动驾驶介入的传统人类驾驶。级能够对方向盘和加减速中的单项操作给与支持。比如已经广泛应用的自适应巡航()功能,即能够通过雷达探测与前车的实时距离自动控制加减速,从而保持与前车的安全距离。级能够同时对方向盘和加减速中的多项操作给与支持。如果汽车除了具备上面级描述中的自造应巡航外,同时还具备车道保持()功能,或者自动变道功能,那则属于级自动驾驶级之前环境的观察者都是人,进入则意味着道路环境的观察和驾驶操作都由系统来完成,人只需要对所有的系统请求进行应答。系统已经完全能够识別出直线、弯道、红绿灯、限速路牌,路上行走奔跑的人猫狗等等各种环境变量。环境观察和驾駛操作都由系统来完成,人只需要对所有的系统请求进行应答。比如突然下雨了,检测到地面湿滑是否需要减速;比如裣测到前方车辆行驶过慢是否需要超车;检测到前方有人在车道较近处走动是否需要呜笛提醒等等,这些请求系统会反馈给驾驶员,由人来做决定。级驾驶操作和环境观察仍然都由系统完成,人只需要在某些复杂情况进行应答。比如只需要在某些复杂地形或者天气恶劣的情况时,才需要人对系统请求做出决策,而其他情况下系统能独自应付自动驾驶。级就是完全的自动驾驶状态,车上没有方向盘,没有刹车,没有油门,完全不需要人的介入。敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究图表;人类驾欤逐级步入车辆自动驾驶HumanMachineLEVEL OLEVELTLEVEL 2VEL4LEVEL 5No driverAwarenessInterventionLongitudinal orTrafficfor Take OverNo ActiveTransverseControlAssistanceulaeNo DriverNo Take OverystemLongitudinalTake OverRequestLongitudinal orRequestTransverseand TransverseGuideGuideHands onHands onHands Temp offHands offHands offHands offEyes onEyes Onyes Temp ofEyes offMind offDriver C仟fIiWAutobahn(SA)City(Ride Sharing)来源国金诬券研究所实现:通过决策层、感知层、执行层■自动驾驶系统通常可分为决策层、感知层、执行层,以及高精地图和车联网的支持图表:自动驾狄实现层级自动车联网驾驶云端地图中控制器车端C|D感知层执行层摄像头转向制动动力雷达芯片模块来源:国金证桊研究所感知层:环境信息和车内信息的采集与处理。这方面涉及到道路边界检测、车辆检测、行人检测等技术,即传感器技术,所用到的传感器一般都会有敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波雪达、速度和加速庋传感器等等由于各个传感器在设计的时候有各自的局限性,总个传感器满足不了各种工况下的精确感知,想要车辆在各砷环境下平稳运行,就需要运用到多传感器融合技术,该技术也是环境感知这一大类技术的关键技术所在,目前国内这方面和国外的主要差距也集中在多传感器融合方面。决策层:依据获取的信息来进行决策判断,确定适当工作模型制定相应控制策略,替代人类做出驾驶决策。这部分的功能类似于给车辆下达相应的任务,例如在车道保持、车道偏高预警、车距保持,障碍物警告等系统中需要预测本车与其他车辆、车道、行人等在未来一段时间内的状态,先进的决策理论包括模糊推理、强化学习、神经网络和贝叶斯网络技术等。由于人类驾驶过程中所面临的路况与场景多种多样,且不同人对不同情况所做出的驾驶策略应对乜有所不同。因此驾驶决策算法的优化需要非常完善高效的人工智能模型以及大量的有效数据。这些数据需要尽可能的覆盖到各种罕见的路况,而这也是驾驶决策发展的最大瓶颈所在执行层:指系统在做出决策后,替代人类对车辆进行控制,反馈到底层模块执行任务。车辆的各个操控系统都需要能够通过总线与决策系统相链接并能够按照决策系统发岀的总线指令精确地控制加速程度,制动程度以及转向幅度等驾驶动作。高精地图以及车联网的支持,系统能够确定位置并规划一条可通行的路径实现智能车辆的自主导航;更进一步,车联网的应用一方面能够是出行更加方便智能,另一方面又能够护展汽车交通工具的属性,成为未来个人的移动平台。相关公司图表:自动驾驶相关公司公司名称代码收盘价业务索菱股份自动驾驶系统兴民智通、自动驾驶系统德赛西威、人机交互均胜电子人机交互系统华阳集团数字仪表东软集闭自动驾驶系统路畅科技自动驾驶系统巨星科技激光雷达中海达激光雷达华域汽车毫米波雷达舜宇光学车载摄像头欧菲科技车载摄像头四维图新高精度地图亚太股份自动驾驶制动系统耐世特自动驾驶转向系统金龙汽车整车来源:国佥证券研究所敬请参阅最后一页特别声明国金证券SINOLINKSECURITIES行业深度研究二、自动驾驶解决方案:整车厂和科技巨头蓄势待发厂商:投入巨大、成果显著传统整车厂如奧迪、特斯拉、通用、丰田、福特等公司均有自己的自动驾驶研发团队,在自动驾驶领域投入巨大,成果显著,如奧迪级自动驾駛系统已经量产上市。图表:厂商进展情况系统路径进展测试车队奥迪和并行级量产上市禾取摄像头毫米波雷达方案,目前年型具备能力,有万辆特斯拉白至能够传回驾驶数据,有大量驾驶里栏。马斯克最近宣布,覆盖各类驾驶场景的完全自动驾驶将在年年末到来通用和并行将生产数千辆自动驾驶汽车,用于出租车服务:亿美辆雪佛兰元收购亿美元入股直接年首先将自动驾驶车投入招车服务,亿美金收购辆沃尔沃丰田和并行己实现,车型正在测试,年实现完全无人驾驶能力亿关金收购,战略投资,拥有庞大福特直接自动驾驶测试车队,年自动驾驶汽年上路,用于共享出行,年辆年销售私人客户来源:公开資料、国金证桊研究所系统厂商:小联盟百度大联盟能够提供自动驾驶解决方案的系统厂商,目前以谷歌的和百度的为代表,图表:系统厂商进展情况系统路径进展测试车队年即起步,年组建年与克菜斯勒合作的放(谷歌直接无人驾驶车上市,预计年投入运营。已积累英里,每英里需人工干预次,遥遥领先竞争对手克菜斯勒,辆年成立自动驾驶事业部,年自动驾驶事业群组,李彦宏(百度)为主,支持宣布年小规模生产自动驾驶小巴车年大规模量产自动驾欤汽车测试年月进行深圳实地路测;此前进行了硅谷雨夜的路测。结果显示均较好。来源:公开资料、国金证券研究所■谷歌母公司旗下独立的专注自动驾驶系统开发的子公司。谷歌自年起启动自动驾驶项日,年成立独立实体图表发展历程时间开发进展年启动自动驾驶汽车项日,成立自动驾驶汽车团队,大范围采集街景数据,构建地图数据库年经由《纽约时报》,正式对外公布正在研发全自动驾驶汽车及以上年获得加州机动车管理局〈)颁布的自动驾驶汽车路测许可年正弌开始复杂情况下的城市道路实测年。设计(萤火虫)原型车并进行系列改装年公司重组为,开始和汽车制造商合作,不再亲自制造汽车本身年成立专注研究并商业化自动骂驶技术的独立实体公司年拿到美国高速公路安全管逗局(〕的认定文件,开启真人乘车试验年在亚利桑那州拿到美国首个商业自动驾驶打车服务执照来源:公司官网,国金证券研究所敬请参阅最后一页特别声明
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