JPH05102752A - 半導体集積増幅回路装置 - Google Patents
半導体集積増幅回路装置Info
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- JPH05102752A JPH05102752A JP3256705A JP25670591A JPH05102752A JP H05102752 A JPH05102752 A JP H05102752A JP 3256705 A JP3256705 A JP 3256705A JP 25670591 A JP25670591 A JP 25670591A JP H05102752 A JPH05102752 A JP H05102752A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高利得、広帯域の半導体集積増幅回路装置を
実現する。 【構成】 バイポーラ型の素子とMOS型の素子とが同
一のチップ上に集積化されたものであって、第1〜第3
段の増幅器6,7,8を備える。第2段増幅器7におい
て、電流の差分を取り出すためのカレントミラートラン
ジスタ13,14,15を負荷とするソース接地された
一対のPMOSトランジスタ11,12を設け、該PM
OSトランジスタ11,12の各々のゲート端子を第1
段増幅器6の1組の差動出力ノードN1,N2の各々に
接続する。
実現する。 【構成】 バイポーラ型の素子とMOS型の素子とが同
一のチップ上に集積化されたものであって、第1〜第3
段の増幅器6,7,8を備える。第2段増幅器7におい
て、電流の差分を取り出すためのカレントミラートラン
ジスタ13,14,15を負荷とするソース接地された
一対のPMOSトランジスタ11,12を設け、該PM
OSトランジスタ11,12の各々のゲート端子を第1
段増幅器6の1組の差動出力ノードN1,N2の各々に
接続する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バイポーラ型の素子と
MOS型の素子とが同一のチップ上に集積化された半導
体集積増幅回路装置に関するものである。
MOS型の素子とが同一のチップ上に集積化された半導
体集積増幅回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】バイポーラ型の素子とCMOS型の素子
とが同一のチップ上に集積化された半導体集積増幅回路
装置が知られている。図2は、この種の半導体集積増幅
回路装置の従来例を示す回路図である。
とが同一のチップ上に集積化された半導体集積増幅回路
装置が知られている。図2は、この種の半導体集積増幅
回路装置の従来例を示す回路図である。
【0003】同図において、1は一定の直流正電圧VCC
が与えられる正電源端子、2は回路グラウンド(GN
D)に接続された接地電源端子、3は本半導体集積増幅
回路装置の出力端子、4,5は本半導体集積増幅回路装
置の1組の入力端子である。ただし、接地電源端子2
は、一定の直流負電圧VEEが与えられて負電源端子とさ
れる場合がある。
が与えられる正電源端子、2は回路グラウンド(GN
D)に接続された接地電源端子、3は本半導体集積増幅
回路装置の出力端子、4,5は本半導体集積増幅回路装
置の1組の入力端子である。ただし、接地電源端子2
は、一定の直流負電圧VEEが与えられて負電源端子とさ
れる場合がある。
【0004】また、6は、上記1組の入力端子4,5を
通して入力された電圧を差動増幅するための第1段増幅
器であって、1組の差動出力ノードN1,N2を有する
ものである。
通して入力された電圧を差動増幅するための第1段増幅
器であって、1組の差動出力ノードN1,N2を有する
ものである。
【0005】18,19はNPN形構造のバイポーラ型
トランジスタからなるエミッタフォロワトランジスタ、
22,23はレベルシフト抵抗、13,14,15はN
PN形構造のバイポーラ型トランジスタからなるカレン
トミラートランジスタ、20はバイアス抵抗である。こ
れらは、第1段増幅器6の1組の差動出力ノードN1,
N2の各々の出力電圧をそれぞれ電流に変換するための
差動増幅回路と、この差動増幅回路により変換された電
流の差分を出力ノードN3から取り出すためのカレント
ミラー回路とを有する第2段増幅器7を構成するもので
ある。
トランジスタからなるエミッタフォロワトランジスタ、
22,23はレベルシフト抵抗、13,14,15はN
PN形構造のバイポーラ型トランジスタからなるカレン
トミラートランジスタ、20はバイアス抵抗である。こ
れらは、第1段増幅器6の1組の差動出力ノードN1,
N2の各々の出力電圧をそれぞれ電流に変換するための
差動増幅回路と、この差動増幅回路により変換された電
流の差分を出力ノードN3から取り出すためのカレント
ミラー回路とを有する第2段増幅器7を構成するもので
ある。
【0006】16,17はNPN形構造のバイポーラ型
トランジスタからなるダーリントン接続されたエミッタ
接地トランジスタ、21はバイアス抵抗であって、これ
らは前記カレントミラー回路の出力ノードN3から取り
出された差分電流を増幅するための第3段増幅器8を構
成するものである。30は、出力端子3に接続された定
電流源である。
トランジスタからなるダーリントン接続されたエミッタ
接地トランジスタ、21はバイアス抵抗であって、これ
らは前記カレントミラー回路の出力ノードN3から取り
出された差分電流を増幅するための第3段増幅器8を構
成するものである。30は、出力端子3に接続された定
電流源である。
【0007】以上の構成を有する半導体集積増幅回路装
置の動作を説明すると、第1段増幅器6の出力は、第2
段増幅器7においてエミッタフォロワトランジスタ1
8,19で低インピーダンスに変換され、レベルシフト
抵抗22,23で電流に変換される。第1段増幅器6の
1組の差動出力ノードN1,N2の出力電圧をそれぞれ
v1 ,v2 とし、レベルシフト抵抗22,23の抵抗値
をいずれもRとすると、該レベルシフト抵抗22,23
を流れる電流値i22,i23は、 i22=(v1 −3×VBE)/R i23=(v2 −3×VBE)/R …(1) で表わされる。ただし、各トランジスタのベース・エミ
ッタ間電圧をいずれも一定値VBEとし、端子2は回路グ
ラウンド(GND)に接続された接地電源端子としてい
る。
置の動作を説明すると、第1段増幅器6の出力は、第2
段増幅器7においてエミッタフォロワトランジスタ1
8,19で低インピーダンスに変換され、レベルシフト
抵抗22,23で電流に変換される。第1段増幅器6の
1組の差動出力ノードN1,N2の出力電圧をそれぞれ
v1 ,v2 とし、レベルシフト抵抗22,23の抵抗値
をいずれもRとすると、該レベルシフト抵抗22,23
を流れる電流値i22,i23は、 i22=(v1 −3×VBE)/R i23=(v2 −3×VBE)/R …(1) で表わされる。ただし、各トランジスタのベース・エミ
ッタ間電圧をいずれも一定値VBEとし、端子2は回路グ
ラウンド(GND)に接続された接地電源端子としてい
る。
【0008】(1)式で表わされる電流は、カレントミ
ラートランジスタ13,14,15で構成される回路に
より差分(i22−i23)が取り出され、さらにダーリン
トン接続されたエミッタ接地トランジスタ16,17で
構成される第3段増幅器8により増幅される。第2段増
幅器7における利得GV2は、 GV2=ZL /R …(2) で表わされる。ただし、ZL はカレントミラー回路の出
力ノードN3におけるインピ−ダンスである。さらに、
第1段増幅器6の利得をGV1とし、第3段増幅器8の利
得をGV3とすると、回路全体の利得GV は、 GV =GV1×GV2×GV3 …(3) で表わされる。
ラートランジスタ13,14,15で構成される回路に
より差分(i22−i23)が取り出され、さらにダーリン
トン接続されたエミッタ接地トランジスタ16,17で
構成される第3段増幅器8により増幅される。第2段増
幅器7における利得GV2は、 GV2=ZL /R …(2) で表わされる。ただし、ZL はカレントミラー回路の出
力ノードN3におけるインピ−ダンスである。さらに、
第1段増幅器6の利得をGV1とし、第3段増幅器8の利
得をGV3とすると、回路全体の利得GV は、 GV =GV1×GV2×GV3 …(3) で表わされる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体集積
増幅回路装置は、第1段増幅器6の1組の差動出力ノー
ドN1,N2の各々の出力電圧をそれぞれ電流に変換す
るための第2段増幅器7の差動増幅回路を、エミッタフ
ォロワトランジスタ18,19とレベルシフト抵抗2
2,23とにより構成していたので、この第2段増幅器
7の利得GV2ひいては回路全体の利得GV を大きくする
ためにはレベルシフト抵抗22,23の抵抗値Rを小さ
くする以外に方法がなかった。ところが、レベルシフト
抵抗22,23の抵抗値Rを小さくすると消費電流が増
大する問題が生じるので、該抵抗値Rは数kΩから十数
kΩの範囲に抑える必要があった。一例としてR=10
kΩ、ZL =40kΩとすれば、前記の(2)式よりG
V2=4(12dB)となり、第2段増幅器7の利得GV2
をあまり大きくできないという問題があった。
増幅回路装置は、第1段増幅器6の1組の差動出力ノー
ドN1,N2の各々の出力電圧をそれぞれ電流に変換す
るための第2段増幅器7の差動増幅回路を、エミッタフ
ォロワトランジスタ18,19とレベルシフト抵抗2
2,23とにより構成していたので、この第2段増幅器
7の利得GV2ひいては回路全体の利得GV を大きくする
ためにはレベルシフト抵抗22,23の抵抗値Rを小さ
くする以外に方法がなかった。ところが、レベルシフト
抵抗22,23の抵抗値Rを小さくすると消費電流が増
大する問題が生じるので、該抵抗値Rは数kΩから十数
kΩの範囲に抑える必要があった。一例としてR=10
kΩ、ZL =40kΩとすれば、前記の(2)式よりG
V2=4(12dB)となり、第2段増幅器7の利得GV2
をあまり大きくできないという問題があった。
【0010】また、半導体集積増幅回路装置を特に広帯
域増幅器として用いる場合には、レベルシフト抵抗2
2,23と各トランジスタの寄生容量とで形成される極
が利得の周波数特性を低下させる問題があった。
域増幅器として用いる場合には、レベルシフト抵抗2
2,23と各トランジスタの寄生容量とで形成される極
が利得の周波数特性を低下させる問題があった。
【0011】本発明の目的は、第2段増幅器におけるレ
ベルシフト抵抗の使用を排除することにより、高利得、
広帯域の半導体集積増幅回路装置を実現することにあ
る。
ベルシフト抵抗の使用を排除することにより、高利得、
広帯域の半導体集積増幅回路装置を実現することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、第2段増幅器において、カレントミラー回
路を負荷とするソース接地された一対のMOS型トラン
ジスタの各々のゲート端子を第1段増幅器の差動出力ノ
ードの各々に接続した構成を採用したものである。
め本発明は、第2段増幅器において、カレントミラー回
路を負荷とするソース接地された一対のMOS型トラン
ジスタの各々のゲート端子を第1段増幅器の差動出力ノ
ードの各々に接続した構成を採用したものである。
【0013】具体的には、本発明は、図1に示すように
第1〜第3段の増幅器6,7,8を縦続接続したもので
あって、まず第1段増幅器6は、1組の差動出力ノード
N1,N2を有するものである。次に第2段増幅器7
は、各々互いに同一のチャンネル形構造を有しかつ各々
のゲート端子が第1段増幅器6の1組の差動出力ノード
N1,N2の各々に接続されかつ各々のソース端子が電
源に接続された第1及び第2のMOS型トランジスタ1
1,12と、該第1及び第2のMOS型トランジスタ1
1,12の各々のドレイン端子に流れる電流の差分を出
力ノードN3から取り出すために該第1及び第2のMO
S型トランジスタ11,12の各々のドレイン端子に接
続されたカレントミラー回路(カレントミラートランジ
スタ13,14,15)とを有するものである。最後に
第3段増幅器8は、カレントミラー回路の出力ノードN
3から取り出された差分電流を増幅するものである。
第1〜第3段の増幅器6,7,8を縦続接続したもので
あって、まず第1段増幅器6は、1組の差動出力ノード
N1,N2を有するものである。次に第2段増幅器7
は、各々互いに同一のチャンネル形構造を有しかつ各々
のゲート端子が第1段増幅器6の1組の差動出力ノード
N1,N2の各々に接続されかつ各々のソース端子が電
源に接続された第1及び第2のMOS型トランジスタ1
1,12と、該第1及び第2のMOS型トランジスタ1
1,12の各々のドレイン端子に流れる電流の差分を出
力ノードN3から取り出すために該第1及び第2のMO
S型トランジスタ11,12の各々のドレイン端子に接
続されたカレントミラー回路(カレントミラートランジ
スタ13,14,15)とを有するものである。最後に
第3段増幅器8は、カレントミラー回路の出力ノードN
3から取り出された差分電流を増幅するものである。
【0014】
【作用】本発明によれば、ソース接地された第1及び第
2のMOS型トランジスタ11,12の相互コンダクタ
ンスをgm2とすると、第2段増幅器7の利得GV2は、 GV2=gm2×ZL …(4) で与えられる。相互コンダクタンスgm2は、両MOS型
トランジスタ11,12のチャンネル幅、チャンネル長
あるいは動作点を変えることによって所望の値に設定で
き、GV2として高利得を得ることができる。
2のMOS型トランジスタ11,12の相互コンダクタ
ンスをgm2とすると、第2段増幅器7の利得GV2は、 GV2=gm2×ZL …(4) で与えられる。相互コンダクタンスgm2は、両MOS型
トランジスタ11,12のチャンネル幅、チャンネル長
あるいは動作点を変えることによって所望の値に設定で
き、GV2として高利得を得ることができる。
【0015】さらに、第1段増幅器6の電圧出力は、ソ
ース接地されたMOS型トランジスタ11,12自身に
より電流に変換されるから、レベルシフト抵抗を除去す
ることができる。したがって、広帯域増幅器として用い
る場合の抵抗と寄生容量とに起因した極の除去が可能で
ある。
ース接地されたMOS型トランジスタ11,12自身に
より電流に変換されるから、レベルシフト抵抗を除去す
ることができる。したがって、広帯域増幅器として用い
る場合の抵抗と寄生容量とに起因した極の除去が可能で
ある。
【0016】
【実施例】図1は、本発明に係る半導体集積増幅回路装
置の一実施例を示す回路図である。同図において、1
1,12は第2段増幅器7においてカレントミラー回路
を負荷とするソース接地された一対のPMOSトランジ
スタである。各々のPMOSトランジスタ11,12の
ゲート端子は、第1段増幅器6の1組の差動出力ノード
N1,N2の各々に接続されている。第2段増幅器7の
カレントミラー回路及び第3段増幅器8の構成は、図2
の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。ただ
し、正電源端子1には一定の直流正電圧VCCが与えられ
ており、2は回路グラウンド(GND)に接続された接
地電源端子とする。
置の一実施例を示す回路図である。同図において、1
1,12は第2段増幅器7においてカレントミラー回路
を負荷とするソース接地された一対のPMOSトランジ
スタである。各々のPMOSトランジスタ11,12の
ゲート端子は、第1段増幅器6の1組の差動出力ノード
N1,N2の各々に接続されている。第2段増幅器7の
カレントミラー回路及び第3段増幅器8の構成は、図2
の場合と同様であるので詳細な説明は省略する。ただ
し、正電源端子1には一定の直流正電圧VCCが与えられ
ており、2は回路グラウンド(GND)に接続された接
地電源端子とする。
【0017】以上の構成を有する本実施例の半導体集積
増幅回路装置の動作を説明する。まず、第1段増幅器6
の平衡時の直流出力電圧をVo とし、交流出力振幅をv
m とすると、差動出力ノードN1,N2における出力電
圧v1 ,v2 は、 Vo −vm /2≦v1 ,v2 ≦Vo +vm /2 …(5) の範囲をとる。
増幅回路装置の動作を説明する。まず、第1段増幅器6
の平衡時の直流出力電圧をVo とし、交流出力振幅をv
m とすると、差動出力ノードN1,N2における出力電
圧v1 ,v2 は、 Vo −vm /2≦v1 ,v2 ≦Vo +vm /2 …(5) の範囲をとる。
【0018】第1及び第2のPMOSトランジスタ1
1,12の各々を流れる電流値i11,i12は、 i11=kp ×(W/L)×(v1 −VCC−VT )2 i12=kp ×(W/L)×(v2 −VCC−VT )2 …(6) で表わされる。ただし、kp はPMOSトランジスタ1
1,12の構造から決まる定数であり、Wはチャンネル
幅、Lはチャンネル長、VT はピンチオフ電圧である。
両PMOSトランジスタ11,12の相互コンダクタン
スgm2は、(6)式をv1 =v2 =Vo で微分すること
により、 gm2=2×kp ×(W/L)×|Vo −VCC−VT | …(7) で与えられる。
1,12の各々を流れる電流値i11,i12は、 i11=kp ×(W/L)×(v1 −VCC−VT )2 i12=kp ×(W/L)×(v2 −VCC−VT )2 …(6) で表わされる。ただし、kp はPMOSトランジスタ1
1,12の構造から決まる定数であり、Wはチャンネル
幅、Lはチャンネル長、VT はピンチオフ電圧である。
両PMOSトランジスタ11,12の相互コンダクタン
スgm2は、(6)式をv1 =v2 =Vo で微分すること
により、 gm2=2×kp ×(W/L)×|Vo −VCC−VT | …(7) で与えられる。
【0019】ここで、電源電圧をVCC=5V、第1段増
幅器6の平衡時の直流出力電圧をVo =3.6Vとし、
第1及び第2のPMOSトランジスタ11,12の特性
をkp =2.0×10-5A/V2、(W/L)=20、
VT =−0.7Vとし、さらに図2の場合と同じくZL
=40kΩとして第2段増幅器7の利得GV2を(4)式
より求めると、 GV2=22.4(27dB) …(8) となる。つまり、前記従来例の場合のGV2=4(12d
B)に比べて大幅な高利得の増幅が可能となる。
幅器6の平衡時の直流出力電圧をVo =3.6Vとし、
第1及び第2のPMOSトランジスタ11,12の特性
をkp =2.0×10-5A/V2、(W/L)=20、
VT =−0.7Vとし、さらに図2の場合と同じくZL
=40kΩとして第2段増幅器7の利得GV2を(4)式
より求めると、 GV2=22.4(27dB) …(8) となる。つまり、前記従来例の場合のGV2=4(12d
B)に比べて大幅な高利得の増幅が可能となる。
【0020】しかも、電圧から電流への変換を両PMO
Sトランジスタ11,12自身で行なっているので、従
来とは違ってレベルシフト抵抗は不要である。また、M
OS型トランジスタとしてのPMOSトランジスタ1
1,12は、従来のバイポーラ型トランジスタ(エミッ
タフォロワトランジスタ18,19)に比べて集積度を
高めることができ、その寄生容量を小さくすることがで
きる。したがって、広帯域増幅器として用いる場合の抵
抗と寄生容量とに起因した極の除去が可能である。つま
り、本実施例によれば、高利得、広帯域の半導体集積増
幅回路装置が実現できるのである。
Sトランジスタ11,12自身で行なっているので、従
来とは違ってレベルシフト抵抗は不要である。また、M
OS型トランジスタとしてのPMOSトランジスタ1
1,12は、従来のバイポーラ型トランジスタ(エミッ
タフォロワトランジスタ18,19)に比べて集積度を
高めることができ、その寄生容量を小さくすることがで
きる。したがって、広帯域増幅器として用いる場合の抵
抗と寄生容量とに起因した極の除去が可能である。つま
り、本実施例によれば、高利得、広帯域の半導体集積増
幅回路装置が実現できるのである。
【0021】なお、上記実施例では第2段増幅器7の差
動増幅回路を構成する1対のMOS型トランジスタをP
MOSトランジスタ11,12とし、カレントミラート
ランジスタ13,14,15をNPNトランジスタとし
ていたが、第1段増幅器6の出力電圧に応じて差動増幅
回路をNMOSトランジスタで、カレントミラー回路を
PNPトランジスタでそれぞれ構成することも可能であ
る。
動増幅回路を構成する1対のMOS型トランジスタをP
MOSトランジスタ11,12とし、カレントミラート
ランジスタ13,14,15をNPNトランジスタとし
ていたが、第1段増幅器6の出力電圧に応じて差動増幅
回路をNMOSトランジスタで、カレントミラー回路を
PNPトランジスタでそれぞれ構成することも可能であ
る。
【0022】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
ば、第2段増幅器においてカレントミラー回路を負荷と
するソース接地された一対のMOS型トランジスタの各
々のゲート端子を第1段増幅器の1組の差動出力ノード
の各々に接続してなる差動増幅回路の構成を採用したの
で、レベルシフト抵抗を用いずに該差動増幅回路を構成
することができ、高利得、広帯域の半導体集積増幅回路
装置を実現できる。
ば、第2段増幅器においてカレントミラー回路を負荷と
するソース接地された一対のMOS型トランジスタの各
々のゲート端子を第1段増幅器の1組の差動出力ノード
の各々に接続してなる差動増幅回路の構成を採用したの
で、レベルシフト抵抗を用いずに該差動増幅回路を構成
することができ、高利得、広帯域の半導体集積増幅回路
装置を実現できる。
【図1】 本発明に係る半導体集積増幅回路装置の一実
施例を示す回路図である。
施例を示す回路図である。
【図2】 半導体集積増幅回路装置の従来例を示す回路
図である。
図である。
1 正電源端子 2 接地電源端子(又は負電源端子) 3 出力端子 6 第1段増幅器 7 第2段増幅器 8 第3段増幅器 11 第1のPMOSトランジスタ (第1のMOS型トランジスタ) 12 第2のPMOSトランジスタ (第2のMOS型トランジスタ) 13,14,15 カレントミラートランジスタ(カ
レントミラー回路) 16,17 ダーリントン接続されたエミッタ
接地トランジスタ N1,N2 第1段増幅器の1組の差動出力ノ
ード N3 カレントミラー回路の出力ノード
レントミラー回路) 16,17 ダーリントン接続されたエミッタ
接地トランジスタ N1,N2 第1段増幅器の1組の差動出力ノ
ード N3 カレントミラー回路の出力ノード
Claims (1)
- 【請求項1】 バイポーラ型の素子とMOS型の素子と
が同一のチップ上に集積化された半導体集積増幅回路装
置であって、 1組の差動出力ノードを有する第1段増幅器と、 各々互いに同一のチャンネル形構造を有しかつ各々のゲ
ート端子が前記第1段増幅器の1組の差動出力ノードの
各々に接続されかつ各々のソース端子が電源に接続され
た第1及び第2のMOS型トランジスタと、該第1及び
第2のMOS型トランジスタの各々のドレイン端子に流
れる電流の差分を出力ノードから取り出すために該第1
及び第2のMOS型トランジスタの各々のドレイン端子
に接続されたカレントミラー回路とを有する第2段増幅
器と、 前記カレントミラー回路の出力ノードから取り出された
差分電流を増幅するための第3段増幅器とを備えたこと
を特徴とする半導体集積増幅回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256705A JPH05102752A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 半導体集積増幅回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256705A JPH05102752A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 半導体集積増幅回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102752A true JPH05102752A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17296330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3256705A Withdrawn JPH05102752A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 半導体集積増幅回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05102752A (ja) |
-
1991
- 1991-10-03 JP JP3256705A patent/JPH05102752A/ja not_active Withdrawn
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