JPH05243892A - Scカットの水晶振動子を用いた発振器 - Google Patents
Scカットの水晶振動子を用いた発振器Info
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- JPH05243892A JPH05243892A JP7926392A JP7926392A JPH05243892A JP H05243892 A JPH05243892 A JP H05243892A JP 7926392 A JP7926392 A JP 7926392A JP 7926392 A JP7926392 A JP 7926392A JP H05243892 A JPH05243892 A JP H05243892A
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- crystal
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
[目的] Bモードの副振動の共振に対する他の振動モ
ードの結合を排除し、それによって温度変化に対してB
モードの共振周波数を直線的に変化させることができ適
正な温度補償データを得る。 [構成] 水晶の結晶のY軸に直交する面をZ軸を中心
にして約22゜回転し更にこの回転した位置からX軸を
中心にして約34゜回転した面から切り出したSCカッ
トの水晶振動子のBモードの共振周波数の変化に応じて
Cモードの3次オーバトーンの共振周波数の温度補償を
行う発振器において、水晶片の厚みをt、xx’軸方向
の寸法をxとしたときに、14.816<x/t<1
4.824 または14.834<x/t<14.86
0 とし、zz’軸方向の寸法をzとしたときに、1
4.800<z/t<14.820 または14.84
0<z/t<14.850 としたことを特徴とする。
ードの結合を排除し、それによって温度変化に対してB
モードの共振周波数を直線的に変化させることができ適
正な温度補償データを得る。 [構成] 水晶の結晶のY軸に直交する面をZ軸を中心
にして約22゜回転し更にこの回転した位置からX軸を
中心にして約34゜回転した面から切り出したSCカッ
トの水晶振動子のBモードの共振周波数の変化に応じて
Cモードの3次オーバトーンの共振周波数の温度補償を
行う発振器において、水晶片の厚みをt、xx’軸方向
の寸法をxとしたときに、14.816<x/t<1
4.824 または14.834<x/t<14.86
0 とし、zz’軸方向の寸法をzとしたときに、1
4.800<z/t<14.820 または14.84
0<z/t<14.850 としたことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SCカットの水晶振動
子を用いて副振動の共振周波数の変化から温度検出を行
なって温度補償を行うSCカットの水晶振動子を用いた
発振器に関する。
子を用いて副振動の共振周波数の変化から温度検出を行
なって温度補償を行うSCカットの水晶振動子を用いた
発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に圧電結晶は、結晶軸に対して特定
の切断角度においてのみ圧電振動を励振することができ
る。たとえば水晶の圧電特性を利用した水晶振動子の場
合も、結晶軸に対して特定の切断角度においてのみ圧電
振動を励振することができ、これらの切断角度は種々の
値が知られており、かつそれぞれの切断角度において固
有の振動特性を呈する。たとえば数MHzないし十数M
Hzの周波数で最も一般的に使用されるATカットの水
晶振動子は25℃付近に変曲点を有する3次曲線状の温
度特性を示す。近時、このような水晶振動子としてSC
カットの水晶振動子が注目されている。このSCカット
の水晶振動子は,たとえば水晶の結晶のY軸に直交する
面をZ軸を中心にして約22゜回転し、更にこの回転し
た位置からX軸を中心にして約34゜回転した面から切
り出した水晶片の板面に励振電極を形成して圧電振動を
励振するものである。しかして、このSCカットの水晶
振動子はATカットの水晶振動子に比して高いQ値を得
られ、かつ熱衝撃特性が良好で温度の急激な変化に対し
て良好な安定性を示し、特に温度の変化の激しい環境で
使用する場合には望ましい特性を有する。したがって、
たとえば1980年5月に開催された34回FCS(FR
EQ.CONTROL SYMPOSIUM)の予稿集の187頁ないし1
93頁に基本波モードのSCカット共振器(FUNDAMENTA
L MODE SC-CUT RESONATORS)として開示されている
ように種々の報告がなされている。
の切断角度においてのみ圧電振動を励振することができ
る。たとえば水晶の圧電特性を利用した水晶振動子の場
合も、結晶軸に対して特定の切断角度においてのみ圧電
振動を励振することができ、これらの切断角度は種々の
値が知られており、かつそれぞれの切断角度において固
有の振動特性を呈する。たとえば数MHzないし十数M
Hzの周波数で最も一般的に使用されるATカットの水
晶振動子は25℃付近に変曲点を有する3次曲線状の温
度特性を示す。近時、このような水晶振動子としてSC
カットの水晶振動子が注目されている。このSCカット
の水晶振動子は,たとえば水晶の結晶のY軸に直交する
面をZ軸を中心にして約22゜回転し、更にこの回転し
た位置からX軸を中心にして約34゜回転した面から切
り出した水晶片の板面に励振電極を形成して圧電振動を
励振するものである。しかして、このSCカットの水晶
振動子はATカットの水晶振動子に比して高いQ値を得
られ、かつ熱衝撃特性が良好で温度の急激な変化に対し
て良好な安定性を示し、特に温度の変化の激しい環境で
使用する場合には望ましい特性を有する。したがって、
たとえば1980年5月に開催された34回FCS(FR
EQ.CONTROL SYMPOSIUM)の予稿集の187頁ないし1
93頁に基本波モードのSCカット共振器(FUNDAMENTA
L MODE SC-CUT RESONATORS)として開示されている
ように種々の報告がなされている。
【0003】ところで、このようなSCカットの水晶振
動子は、たとえば図5に示すように主振動であるCモー
ドの共振(図示C)の近傍で、かつその高域側の周波数
にBモード(図示B)およびAモード(図示A)の副振
動を生じる。一般的には、このような副振動は主振動の
みの利用を目的とする場合は極力抑制して主振動を損な
わないようにする必要がある。しかしながら近時、副振
動であるBモードの振動は温度変化に対して周波数が略
直線的に変化することを利用して、このBモードの共振
周波数の変化に基づいて主振動であるCモードの共振周
波数に対して温度補償を行ってCモードの発振周波数を
安定化することが考えられている。このような温度補償
発振器によれば水晶片自体の温度を、その副振動の共振
周波数から検出するために極めて正確な温度検出を行
え、それによって正確な温度補償を行うことができる。
さらに、このような温度補償発振器ではBモードの共振
周波数から純粋に数学的演算によって補償量を得ること
ができ、たとえばマイクロコンピュータを用いて補償量
を計算して温度補償を行う(Microcomputer-Compensate
d-Crystal-Osillators)いわゆるMCXOを実現する
ことができる。しかしながら、このような水晶発振器を
実現するためには温度検出を行うべきBモードの共振周
波数はBモード以外のAモード、Cモード等の共振と結
合することなく温度変化に対して略直線的に変化しなけ
ればならない。このために、水晶片の外形形状、保持位
置等に付いて種々の工夫を行ってBモードの副振動に対
する結合を排除するようにしている。しかしながらこの
ようにしても温度変化によって、たとえば主振動と副振
動とが結合して、突然、周波数が大幅に変動する、いわ
ゆるジャンプ現象を生じ、それによって正確な温度検出
を行えなくなり適正な温度補償データを得られなくなる
問題があった。
動子は、たとえば図5に示すように主振動であるCモー
ドの共振(図示C)の近傍で、かつその高域側の周波数
にBモード(図示B)およびAモード(図示A)の副振
動を生じる。一般的には、このような副振動は主振動の
みの利用を目的とする場合は極力抑制して主振動を損な
わないようにする必要がある。しかしながら近時、副振
動であるBモードの振動は温度変化に対して周波数が略
直線的に変化することを利用して、このBモードの共振
周波数の変化に基づいて主振動であるCモードの共振周
波数に対して温度補償を行ってCモードの発振周波数を
安定化することが考えられている。このような温度補償
発振器によれば水晶片自体の温度を、その副振動の共振
周波数から検出するために極めて正確な温度検出を行
え、それによって正確な温度補償を行うことができる。
さらに、このような温度補償発振器ではBモードの共振
周波数から純粋に数学的演算によって補償量を得ること
ができ、たとえばマイクロコンピュータを用いて補償量
を計算して温度補償を行う(Microcomputer-Compensate
d-Crystal-Osillators)いわゆるMCXOを実現する
ことができる。しかしながら、このような水晶発振器を
実現するためには温度検出を行うべきBモードの共振周
波数はBモード以外のAモード、Cモード等の共振と結
合することなく温度変化に対して略直線的に変化しなけ
ればならない。このために、水晶片の外形形状、保持位
置等に付いて種々の工夫を行ってBモードの副振動に対
する結合を排除するようにしている。しかしながらこの
ようにしても温度変化によって、たとえば主振動と副振
動とが結合して、突然、周波数が大幅に変動する、いわ
ゆるジャンプ現象を生じ、それによって正確な温度検出
を行えなくなり適正な温度補償データを得られなくなる
問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので、Bモードの副振動の共振に対
する他の振動モードの結合を排除し、それによって温度
変化に対してBモードの共振周波数を直線的に変化させ
ることができ適正な温度補償データを得ることができる
SCカットの水晶振動子を用いた発振器を提供すること
を目的とするものである。
に鑑みてなされたもので、Bモードの副振動の共振に対
する他の振動モードの結合を排除し、それによって温度
変化に対してBモードの共振周波数を直線的に変化させ
ることができ適正な温度補償データを得ることができる
SCカットの水晶振動子を用いた発振器を提供すること
を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、水晶の結晶の
Y軸に直交する面をZ軸を中心にして約22゜回転し更
にこの回転した位置からX軸を中心にして約34゜回転
した面から切り出したSCカットの水晶振動子のBモー
ドの共振周波数の変化に応じてCモードの3次オーバト
ーンの共振周波数の温度補償を行う発振器において、水
晶片の厚みをt、xx’軸方向の寸法をxとしたとき
に、14.816<x/t<14.824 または1
4.834<x/t<14.860 とし、zz’軸方
向の寸法をzとしたときに、14.800<z/t<1
4.820 または14.840<z/t<14.85
0 としたことを特徴とするものである。
Y軸に直交する面をZ軸を中心にして約22゜回転し更
にこの回転した位置からX軸を中心にして約34゜回転
した面から切り出したSCカットの水晶振動子のBモー
ドの共振周波数の変化に応じてCモードの3次オーバト
ーンの共振周波数の温度補償を行う発振器において、水
晶片の厚みをt、xx’軸方向の寸法をxとしたとき
に、14.816<x/t<14.824 または1
4.834<x/t<14.860 とし、zz’軸方
向の寸法をzとしたときに、14.800<z/t<1
4.820 または14.840<z/t<14.85
0 としたことを特徴とするものである。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1に示すSCカ
ットの水晶振動子を説明する斜視図を参照して詳細に説
明する。図中1はSCカットの水晶片であって、水晶の
Y軸に直交する面をZ軸に対して約22゜回転し、さら
にこの回転した位置からX軸を中心にして約34゜回転
した面から切り出したものである。しかしてこの水晶片
1は水晶片の厚みをtとし、xx’軸方向の寸法をxと
すると、14.816<x/t<14.824 または
14.834<x/t<14.860 とし、zz’軸
方向の寸法をzとすると、14.800<z/t<1
4.820 または14.840<z/t<14.85
0 とするように、後述する理由により外形寸法を成形
している。しかして図2は、図1に示す水晶片1に電極
を形成した本発明のSCカットの水晶振動子を用いるM
CXOの一例を示すブロック図である。すなわちSCカ
ットの水晶振動子2のCモードおよびBモードのそれぞ
れのモードで発振する二重モード発振回路3を設けてい
る。そして二重モード発振回路3のBモードの発振出力
fBをカウンタ4へ与えてカウントする。なおカウンタ
4へ二重モード発振回路3から水晶振動子2のCモード
の3次オーバトーンの発振出力f3Cをゲート信号として
与える。しかして、カウンタ4のカウント値は水晶振動
子2自体の温度に対応するので、このカウント値をマイ
クロプロセッサ5へ与えて、たとえば多項式の演算を行
い、もしくは予めキャリブレーションを行って取得して
記憶しておいた補償データを読みだして結果を補償回路
6へ与える。補償回路6は上記3次オーバトーンの発振
出力f3Cを一定周波数に維持する温度補償を行うもので
あって、たとえば上記3次オーバトーンの発振出力f3C
のパルス列から所定数のパルスを間引く、パルス間引き
操作を行って一定時間の間に所定数のパルス列を得るも
のである。
ットの水晶振動子を説明する斜視図を参照して詳細に説
明する。図中1はSCカットの水晶片であって、水晶の
Y軸に直交する面をZ軸に対して約22゜回転し、さら
にこの回転した位置からX軸を中心にして約34゜回転
した面から切り出したものである。しかしてこの水晶片
1は水晶片の厚みをtとし、xx’軸方向の寸法をxと
すると、14.816<x/t<14.824 または
14.834<x/t<14.860 とし、zz’軸
方向の寸法をzとすると、14.800<z/t<1
4.820 または14.840<z/t<14.85
0 とするように、後述する理由により外形寸法を成形
している。しかして図2は、図1に示す水晶片1に電極
を形成した本発明のSCカットの水晶振動子を用いるM
CXOの一例を示すブロック図である。すなわちSCカ
ットの水晶振動子2のCモードおよびBモードのそれぞ
れのモードで発振する二重モード発振回路3を設けてい
る。そして二重モード発振回路3のBモードの発振出力
fBをカウンタ4へ与えてカウントする。なおカウンタ
4へ二重モード発振回路3から水晶振動子2のCモード
の3次オーバトーンの発振出力f3Cをゲート信号として
与える。しかして、カウンタ4のカウント値は水晶振動
子2自体の温度に対応するので、このカウント値をマイ
クロプロセッサ5へ与えて、たとえば多項式の演算を行
い、もしくは予めキャリブレーションを行って取得して
記憶しておいた補償データを読みだして結果を補償回路
6へ与える。補償回路6は上記3次オーバトーンの発振
出力f3Cを一定周波数に維持する温度補償を行うもので
あって、たとえば上記3次オーバトーンの発振出力f3C
のパルス列から所定数のパルスを間引く、パルス間引き
操作を行って一定時間の間に所定数のパルス列を得るも
のである。
【0007】しかして、このような温度補償を行うため
にはSCカットの水晶振動子のBモードの共振周波数は
温度に応じて直線的に変化しなければならない。しかし
ながら、実際のSCカットの水晶振動子ではBモードの
共振は、容易に他のAモード、Cモードあるいは輪郭形
の共振等に結合して周波数のジャンプを生じ、それによ
って温度変化に対する共振周波数の変化も非直線的にな
ってしまう。ところでSCカットの水晶振動子の共振周
波数fは、水晶片の厚みをt、オーバトーンの次数をn
とすると次の式で与えられる。 f(KHz)=1798/t(mm)/n ・・・・ たとえば3次オーバトーンの共振周波数が5MHzの水晶
片の厚みは約1.08mmとなる。したがって、発明者ら
は、SCカットの水晶振動子の水晶片の形状、特に水晶
片の厚みtに対するxx’軸方向の寸法x、およびz
z’軸方向の寸法zの比、すなわち辺比に対するスプリ
アスの発生を調べてスプリアスチャートを作成した。図
3はこのようにして作成したスプリアスチャートで、特
に実用的な形状である辺比が14.8ないし14.9の
水晶片について調べたものである。
にはSCカットの水晶振動子のBモードの共振周波数は
温度に応じて直線的に変化しなければならない。しかし
ながら、実際のSCカットの水晶振動子ではBモードの
共振は、容易に他のAモード、Cモードあるいは輪郭形
の共振等に結合して周波数のジャンプを生じ、それによ
って温度変化に対する共振周波数の変化も非直線的にな
ってしまう。ところでSCカットの水晶振動子の共振周
波数fは、水晶片の厚みをt、オーバトーンの次数をn
とすると次の式で与えられる。 f(KHz)=1798/t(mm)/n ・・・・ たとえば3次オーバトーンの共振周波数が5MHzの水晶
片の厚みは約1.08mmとなる。したがって、発明者ら
は、SCカットの水晶振動子の水晶片の形状、特に水晶
片の厚みtに対するxx’軸方向の寸法x、およびz
z’軸方向の寸法zの比、すなわち辺比に対するスプリ
アスの発生を調べてスプリアスチャートを作成した。図
3はこのようにして作成したスプリアスチャートで、特
に実用的な形状である辺比が14.8ないし14.9の
水晶片について調べたものである。
【0008】図3において、横軸は辺比、縦軸は主振動
であるCモードの3次オーバトーンの周波数で正規化し
た周波数であり、太い実線は水晶片のxx’軸方向の寸
法xに影響される副振動、破線は厚み振動系の振動モー
ドによって発生する共振、細い実線は水晶片のzz’軸
方向の寸法zに影響される副振動である。このスプリア
スチャートから明らかなように、主振動であるCモード
の3次オーバトーンの共振および温度検出に用いるBモ
ードの共振が、それぞれ厚み振動系の振動モードと重な
ることなく、かつxx’軸方向の寸法xに影響される副
振動を生じない片比x/tの範囲は 14.816<x/t<14.824 ・・・ または 14.834<x/t<14.860 ・・・ である。また同様に、zz’軸方向の寸法zに影響され
る副振動を生じない辺比z/tの範囲は 14.800<z/t<14.820 ・・・ または 14.840<z/t<14.850 ・・・ である。すなわち上記式または式を満たすようにx
x’軸方向の辺比を設定し、かつ上記式または式を
満たすようにzz’軸方向の辺比を設定すれば、Bモー
ドの共振のみならずCモードの3次オーバトーンの共振
も副振動あるいはその他の振動モードと結合することな
く良好な振動特性を得ることができ、特にBモードの共
振周波数の変化は直線的となり正確に水晶片の温度を検
出することができる。図4は本発明の要件を満たす水晶
片と、比較のために本発明の要件を満たさない水晶片の
各一例を用いた水晶振動子について3次オーバトーンの
共振周波数が5.4MHzのもののBモードの副振動の周
波数温度特性を示すグラフである。図3において実線は
本発明の要件を満たす水晶片を用いたもので、その形状
はx/t=14.853、z/t=14.876であ
る。また破線は本発明の要件外の水晶片を用いたもので
x/t=14.855、z/t=14.883である。
このグラフからも明らかなように実線で示す本発明の要
件を満たす水晶振動子は特性は温度変化に対して周波数
は略直線状に変化しているが、本発明の要件外の形状の
水晶振動子では、特に0℃付近に周波数変化のピークを
生じて温度変化に対する周波数の変化特性は非直線的で
あり水晶片の正確な温度データを得ることはできない。
であるCモードの3次オーバトーンの周波数で正規化し
た周波数であり、太い実線は水晶片のxx’軸方向の寸
法xに影響される副振動、破線は厚み振動系の振動モー
ドによって発生する共振、細い実線は水晶片のzz’軸
方向の寸法zに影響される副振動である。このスプリア
スチャートから明らかなように、主振動であるCモード
の3次オーバトーンの共振および温度検出に用いるBモ
ードの共振が、それぞれ厚み振動系の振動モードと重な
ることなく、かつxx’軸方向の寸法xに影響される副
振動を生じない片比x/tの範囲は 14.816<x/t<14.824 ・・・ または 14.834<x/t<14.860 ・・・ である。また同様に、zz’軸方向の寸法zに影響され
る副振動を生じない辺比z/tの範囲は 14.800<z/t<14.820 ・・・ または 14.840<z/t<14.850 ・・・ である。すなわち上記式または式を満たすようにx
x’軸方向の辺比を設定し、かつ上記式または式を
満たすようにzz’軸方向の辺比を設定すれば、Bモー
ドの共振のみならずCモードの3次オーバトーンの共振
も副振動あるいはその他の振動モードと結合することな
く良好な振動特性を得ることができ、特にBモードの共
振周波数の変化は直線的となり正確に水晶片の温度を検
出することができる。図4は本発明の要件を満たす水晶
片と、比較のために本発明の要件を満たさない水晶片の
各一例を用いた水晶振動子について3次オーバトーンの
共振周波数が5.4MHzのもののBモードの副振動の周
波数温度特性を示すグラフである。図3において実線は
本発明の要件を満たす水晶片を用いたもので、その形状
はx/t=14.853、z/t=14.876であ
る。また破線は本発明の要件外の水晶片を用いたもので
x/t=14.855、z/t=14.883である。
このグラフからも明らかなように実線で示す本発明の要
件を満たす水晶振動子は特性は温度変化に対して周波数
は略直線状に変化しているが、本発明の要件外の形状の
水晶振動子では、特に0℃付近に周波数変化のピークを
生じて温度変化に対する周波数の変化特性は非直線的で
あり水晶片の正確な温度データを得ることはできない。
【0009】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればB
モードの共振に対して他の振動モードの結合を排除する
ことができ、温度変化に対してBモードの共振周波数は
直線的に変化するために適正な温度補償データを得るこ
とができ、正確な温度補償を行うことができるSCカッ
トの水晶振動子を用いた発振器を提供することができ
る。
モードの共振に対して他の振動モードの結合を排除する
ことができ、温度変化に対してBモードの共振周波数は
直線的に変化するために適正な温度補償データを得るこ
とができ、正確な温度補償を行うことができるSCカッ
トの水晶振動子を用いた発振器を提供することができ
る。
【0010】
【図1】本発明のSCカットの水晶振動子を示す斜視図
である。
である。
【図2】本発明の水晶振動子を用いた発振器の一例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図3】SCカットの水晶振動子のスプリアスチャート
である。
である。
【図4】本発明のSCカットの水晶振動子の温度特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図5】SCカットの水晶振動子の共振特性である。
1 水晶片 X X軸 Y Y軸 Z Z軸 x xx’軸方向の寸法 z zz’軸方向の寸法
Claims (1)
- 【請求項1】水晶の結晶のY軸に直交する面をZ軸を中
心にして約22゜回転し更にこの回転した位置からX軸
を中心にして約34゜回転した面から切り出したSCカ
ットの水晶振動子のBモードの共振周波数の変化に応じ
てCモードの3次オーバトーンの共振周波数の温度補償
を行う発振器において、 水晶片の厚みをtとし、xx’軸方向の寸法をxとした
ときに、 14.816<x/t<14.824 または14.8
34<x/t<14.860 とし、 zz’軸方向の寸法をzとしたときに、 14.800<z/t<14.820 または14.8
40<z/t<14.850 としたことを特徴とする
SCカットの水晶振動子を用いた発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7926392A JPH05243892A (ja) | 1992-02-29 | 1992-02-29 | Scカットの水晶振動子を用いた発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7926392A JPH05243892A (ja) | 1992-02-29 | 1992-02-29 | Scカットの水晶振動子を用いた発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243892A true JPH05243892A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=13684976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7926392A Pending JPH05243892A (ja) | 1992-02-29 | 1992-02-29 | Scカットの水晶振動子を用いた発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05243892A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007274633A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | デュアルモード水晶発振回路 |
-
1992
- 1992-02-29 JP JP7926392A patent/JPH05243892A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007274633A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | デュアルモード水晶発振回路 |
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