JPH10163750A - 電圧制御発振器 - Google Patents

電圧制御発振器

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JPH10163750A
JPH10163750A JP8316408A JP31640896A JPH10163750A JP H10163750 A JPH10163750 A JP H10163750A JP 8316408 A JP8316408 A JP 8316408A JP 31640896 A JP31640896 A JP 31640896A JP H10163750 A JPH10163750 A JP H10163750A
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oscillation
stage
frequency
voltage
controlled oscillator
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Katsuhiko Hayashi
克彦 林
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TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】大型化することなく、かつ煩雑なスイッチ構成
を持たず、発振する複数の周波数帯域におけるC/N特
性等の特性をそれぞれ独立に最適化できる電圧制御発振
器を提供する。 【解決手段】それぞれ異なる周波数帯域の信号を発振す
る複数の発振段5a、5bと、1つのバッファー段6と
を有する。複数の発振段5a、5bの出力端がそれぞれ
低容量のコンデンサC51、C52を用いた容量結合に
よりバッファー段6の入力端に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話、自動車
電話等の無線機器、あるいはその他の各種機器等の分野
において利用可能な電圧制御発振器に係り、特に、複数
の周波数帯域を使用する通信システムに用いる場合に好
適な電圧制御発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】発振周波数帯域の切り替え機能を有する
従来の電圧制御発振器として、図3に示す第1の従来例
と、図4に示す第2の従来例とがある。第1の従来例
は、実公平1−27302号公報において従来例として
記載され、また、実開昭61−64723号公報におい
て従来例として記載されているものに類するものであ
る。この第1の従来例は、PINダイオードを使用し、
該PINダイオードに対する電圧をオン/オフすること
により、発振動作するトランジスタの周辺素子の定数を
変化させ、これにより、発振周波数帯域の切り替えを行
うものである。
【0003】以下図3に示す第1の従来例についてより
詳しく説明すると、図中、C0〜C9、Ca、Cbはコ
ンデンサ、R1〜R7は抵抗、L0、L1はコイル、S
1は共振器を構成するストリップライン、Cvは可変容
量ダイオード、Q1、Q2はトランジスタ、PdはPI
Nダイオードである。また、1は電源端子、2は周波数
制御端子、3は発振した信号の出力端子、4は発振周波
数帯域の切り替え端子である。また、トランジスタQ1
およびその周辺部は発振段5を構成し、トランジスタQ
2およびその周辺部はバッファー段6を構成する。
【0004】図3の電圧制御発振器の動作を説明する
と、発振段5において、電源端子1よりトランジスタQ
1に電源が供給され、さらに周波数制御端子2より任意
の電圧がコイルL0を介して可変容量ダイオードCvに
印加され、そのときの可変容量ダイオードCvの容量値
と前記発振段5の他のコンデンサおよびストリップライ
ンS1の定数との関係により決定される周波数の発振が
起こる。
【0005】このとき、発振周波数帯域切り替え端子4
に電圧が印加された場合、PINダイオードPdがオン
状態となるため、コンデンサCbは電気的に無視され、
ストリップラインS1と並列に付加される接地容量はコ
ンデンサCaのみとなる。
【0006】一方、発振周波数帯域切り替え端子4に電
圧を印加しない場合、PINダイオードPdはオフ状態
であるので、ストリップラインS1と並列に付加される
接地容量はコンデンサCaとコンデンサCbの直列接続
の合成容量となる。この合成容量(Ca・Cb/(Ca
+Cb))はコンデンサCaの容量値よりも必ず小さく
なる。
【0007】このため、前記発振段5において、発振周
波数帯域切り替え端子4の電圧印加の有無により2つの
周波数帯域における発振が可能となる。その場合、発振
周波数帯域切り替え端子4に電圧が印加された場合の発
振周波数帯域は、発振周波数帯域切り替え端子4に電圧
が印加されない場合よりも低い周波数帯域となる。
【0008】そして、前記発振段5で発生した信号は、
コンデンサC5を介してバッファー段6に入力される。
バッファー段6においては、トランジスタQ2に電源端
子1より電源が供給されて駆動される。該バッファー段
6の機能は、入力された信号を増幅すると共に、外部接
続時の出力端子3の外部側のインピーダンス不整合およ
びインピーダンス変動に対して発振動作が不安定になら
ないようにするものである。
【0009】図4に示す第2の従来例において、7、8
はそれぞれ異なる周波数の信号を発振する電圧制御発振
器であり、一方の電圧制御発振器7を使用するときは、
電圧制御発振器7はそれぞれスイッチ9、10、11を
介して電源端子1、周波数制御端子2、出力端子3が接
続され、他方の電圧制御発振器8を使用するときは、ス
イッチ9、10、11が電圧制御発振器8側に切り替え
られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図3に示した第1の従
来例においては、一部の素子の定数をスイッチ的に変化
させて異なる周波数帯域の信号の発振を可能としている
が、この構成によれば、例えば一方の周波数帯域に対し
て他方の周波数帯域が2倍となるような大きく離れた周
波数帯域の信号を切り替えて発振することは困難であっ
た。
【0011】また、前記第1の従来例においては、電圧
制御発振器の重要な特性であるC/N特性(発振する信
号の位相ノイズの大きさ)の設計において、一方の周波
数帯域でC/N特性を最適化してしまうと、他方の周波
数帯域においては最適化するための調整ができない。そ
のため、前記双方の周波数帯域で最適設計する条件をそ
れぞれ切り崩す形で設計することになる。そのため、高
いC/N特性を要求する用途には使用できなかった。
【0012】さらに、量産時には電圧制御発振器の発振
周波数はばらつくため、発振周波数の調整を行う必要が
あるが、前記第1の従来例において、発振周波数に対し
て必要とする精度(この精度は、通常の量産品において
は発振周波数に対して0.1%以下である)を得るため
発振周波数の調整を行う場合、切り替える周波数双方の
周波数でその精度を得なければならないが、それぞれの
発振周波数は同一の発振段5から発振されるため、一方
の発振周波数を調整する場合、他方の発振周波数も監視
する必要がある等、発振周波数調整方法が煩雑化し易
い。
【0013】一方、前記第2の従来例は、それぞれ独立
の電圧制御発振器が備えられるため、発振段が同一であ
ることによって生じる上記の各問題は解決できるが、電
圧制御発振器を2個使用するため、機能ブロックとして
は、前記第1の従来例よりも大型化し易い。
【0014】さらに、前記第2の従来例においては、各
電圧制御発振器の端子を切り替えるスイッチが複数必要
になるため、これらのスイッチを切り替えるための回路
も必要となる。このため、さらに機能ブロックとしては
煩雑となり、かつ大型化し易い。
【0015】本発明は、上記従来例の問題点に鑑み、大
型化することなく、かつ煩雑なスイッチ構成を持たず、
発振する複数の周波数帯域におけるC/N特性等の特性
をそれぞれ独立に最適化できる電圧制御発振器を提供す
ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、それぞれ異なる周波数帯域の信号を発振
する複数の発振段と、1つのバッファー段とを有し、前
記複数の発振段の出力端がそれぞれ低容量の容量結合に
より前記バッファー段の入力端に接続されていることを
特徴とする(請求項1)。
【0017】また、本発明は、複数の発振段のうち、ど
の発振段の出力がバッファー段へ入力されるかの選択
を、発振段の電源端子のオン/オフにより行う構成を有
することを特徴とする(請求項2)。
【0018】また、本発明は、前記各発振段にそれぞれ
印加電圧によって発振周波数が制御される可変容量ダイ
オードを有し、1個の周波数制御端子が、前記各発振段
の可変容量ダイオードに接続されていることを特徴とす
る(請求項3)。
【0019】
【作用】請求項1においては、発振段がバッファー段に
それぞれ低容量の容量結合により接続されているので、
発振段間のインピーダンスは非常に高くなり、一方の発
振段が動作している時の発振信号は他方の発振段に回り
込むことなく、バッファー段に殆ど流れ込む。これによ
り、いずれか一方の発振段を動作させ、他方を不動作と
することにより、発振段とバッファー段との間にスイッ
チを設けることなく、発振段の選択が行える。また、各
発振段は独立しているので、各発振段で発振する周波数
に合わせて素子定数を調整してC/N特性等の特性をそ
れぞれの発振段について最適化することが可能となる。
また、各発振段はそれぞれ独立しているので、個別に周
波数調整することが可能である。
【0020】請求項2においては、前記複数の発振段は
それぞれ電源端子のオン/オフによりバッファー段へ入
力する前記発振段の発振信号を選択可能にしたことによ
り、電源のオン/オフのみで発振周波数帯域の選択が行
える。
【0021】請求項3においては、周波数制御端子を各
発振段に共通に設け、各発振段には発振周波数が直流印
加電圧によって容量が変化する可変容量ダイオードを設
けた構成を有し、可変容量ダイオードは直流印加電圧に
対して殆ど絶縁体と考えられるので、発振段に問題なく
制御電圧を送ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は本発明による電圧制御発振
器の一実施例のブロック図、図2は該実施例の回路図で
ある。図1において、5a、5bはそれぞれ異なる周波
数帯域の信号を発振する発振段、6はこれらの発振段5
a、5bの出力側に共通に設けられた1つのバッファー
段である。各発振段5a、5bの出力端はそれぞれ低容
量のコンデンサC51、C52によりバッファー段6の
入力端に接続され、電圧制御発振器11を構成してい
る。1a、1bはそれぞれ発振段5a、5bの電源端
子、1cはバッファー段6の電源端子、2は直流の制御
電圧を印加する周波数制御端子、3は高周波信号を出力
する出力端子である。
【0023】図1の電圧制御発振器において、一方の発
振段5aに電源端子1aから電源を供給し、他方の発振
段5bの電源端子1bには電源を供給しない場合、一方
の発振段5aのみが動作し、他方の発振段5bは動作し
ない。また、電源端子1cからバッファー段6に電源を
供給することにより、バッファー段6が動作する。この
場合、発振段5aで発振可能な範囲内において、周波数
制御端子2から印加される直流電圧に応じた周波数の信
号が出力端子3から出力される。
【0024】反対に、前記発振段5bへの電源端子1b
を介する電源をオン、発振段5aへの電源端子1aを介
する電源をオフ、バッファー段6への電源端子1cを介
する電源をオンのままとすると、出力端子3からは、発
振段5bに設定された範囲の周波数帯域内の発振信号が
得られる。
【0025】このような動作は、下記の理由により可能
となる。通常、電圧制御発振器は、出力端子3における
インピーダンス変動に対して周波数変動を起こさないよ
うにするために、電圧制御発振器を構成する発振段とバ
ッファー段との間は粗結合とするのが一般的な設計方法
である。従って、前記のように、発振段5a、5bとバ
ッファー段6との間の結合コンデンサC51、C52に
は低容量のものを使用する。
【0026】このことにより、仮に発振段5aが動作
し、発振段5bが動作していないとすると、発振段5a
で発振された信号でコンデンサC51を通過してきた信
号の殆どがバッファー段6に流入し、動作していない発
振段5bへはコンデンサC52を介して殆ど流れ込まな
いことになる。なぜならば、コンデンサC51、C52
は粗結合のために設定されたコンデンサであるため、バ
ッファー段6の入力端に比較すると、非常に高いインピ
ーダンスになっているためである。すなわち、インピー
ダンスが低いバッファー段6へ前記発振信号の殆どが流
れ込むということになる。このことは、発振段5b側が
発振し、発振段5aが停止している時も同じである。こ
のことにより、バッファー段6に複数の発振段5a、5
bを接続しても、各発振段5a、5bどうしが影響しあ
うことなく接続することが可能である。
【0027】次に図2の実施例について説明する。図2
において、R4〜R32は抵抗、C0〜C62はコンデ
ンサ、Cv1、Cv2は可変容量ダイオード、Ct1、
Ct2は周波数調整用コンデンサ、S11、S12は共
振器を構成するストリップライン、L01、L02、L
1はコイル、Q11、Q12、Q2はトランジスタであ
り、他の符号の意味は前記の通りである。
【0028】前記の通り、本実施例においては、発振段
は2つの発振段5a、5bにより構成され、これらの発
振段5a、5bの出力端はそれぞれ粗結合のためのコン
デンサC51、C52を介してバッファー段6の入力端
に接続される。
【0029】まず一方の発振段5aの詳細について説明
すると、発振段5aのトランジスタQ11はそのコレク
タを直接電源端子1aに接続し、かつコンデンサC61
を介してグランドに接地し、これにより高周波的にコレ
クタ接地構成となっている。また、トランジスタQ11
のバイアス回路は、電源端子1aとトランジスタQ11
のベースとの間に挿入された抵抗R11と、トランジス
タQ11のベースとグランドとの間に挿入された抵抗R
21と、トランジスタQ11のエミッタとグランドとの
間に挿入された抵抗R31とにより、電圧帰還バイアス
と呼ばれる構成をとっている。
【0030】また、トランジスタQ11のベースとエミ
ッタ間にコンデンサC31が挿入され、トランジスタQ
11のエミッタとグランドとの間には、コンデンサC4
1が挿入されることにより、トランジスタQ11のエミ
ッタとコレクタとの間は、該コンデンサC41と前記コ
ンデンサC61とを介して接続される構成となってい
る。
【0031】さらに、トランジスタQ11のベースとグ
ランドとの間には、コンデンサC21とコンデンサC1
1と可変容量ダイオードCv1とが直列に接続されて挿
入され、前記コンデンサC21とC11との接続点とグ
ランドとの間には、ストリップラインS11と周波数調
整用コンデンサCt1が並列に接続されて挿入されてい
る。また、グランドには、前記コンデンサC61が接地
されており、これを介してトランジスタQ11のコレク
タに接続されるので、結局、トランジスタQ11のベー
スとコレクタとの間は、前記コンデンサC21、C1
1、Cv1、Ct1、ストリップラインS11およびコ
ンデンサC61を含む回路により接続される構成とな
る。
【0032】従って、前記したトランジスタQ11のベ
ース、エミッタ、コレクタ各端子間に構成されたコンデ
ンサやストリップラインにより発振周波数および発振に
伴う例えばC/N特性や発振パワー等が設定される。該
発振段5aで発振される信号は、トランジスタQ11の
エミッタよりそこに接続されたコンデンサC51を介し
て次段のバッファー段6に入力される。
【0033】一方、前記可変容量ダイオードCv1に
は、周波数制御端子2から制御された直流電圧を印加す
ることにより、その直流電圧に対応した容量に可変容量
ダイオードCv1の容量を変化させ、発振段5aの発振
周波数を制御する。該周波数制御端子2と可変容量ダイ
オードCv1のカソードを接続するラインとグランド間
に挿入されたコンデンサC0と、該ラインに挿入された
コイルL01は、発振段5a内の発振信号を外部に出さ
ないようにし、また、外部の高周波信号が発振段5aの
内部に侵入しないようにデカップリングするために設け
られ、かつそれぞれの定数が設定されている。なお、コ
イルL01はその定数の設定によっては、発振周波数に
影響を与える場合もある。
【0034】また、通常量産される電圧制御発振器の発
振周波数は、目標とする発振周波数に対して0.1%以
下のばらつきの範囲に収める必要がある。そのため、量
産工程では、周波数調整用コンデンサCt1の容量を調
整することにより、前記発振段5aの発振周波数を調整
する。
【0035】他方の発振段5bの基本構成は、前記一方
の発振段5aと同じである。すなわち、各素子定数値が
違うだけで回路方式および動作が全く同じであるので説
明を省略する。なお、発振段5bの発振周波数の制御
は、前記発振段5aと同じ周波数制御端子2に印加する
直流電圧を制御することにより行われる。ただし、周波
数制御端子2に接続しているコンデンサC0は発振段5
aと5bとで共用する構成としている。
【0036】次にバッファー段6について説明する。バ
ッファー段6のトランジスタQ2の電源端子1cは、高
周波負荷として使用するコイルL1を介してトランジス
タQ2のコレクタに接続し、かつ該電源端子1cは、コ
ンデンサC10を介してグランドに接地することによ
り、高周波的に接地している。また、トランジスタQ2
のエミッタは、接地用のコンデンサC7が接続されるこ
とにより、トランジスタQ2のエミッタが高周波接地さ
れるエミッタ接地構成となっている。また、トランジス
タQ2のバイアス回路は、電源端子1cとトランジスタ
Q2のベースとの間に挿入された抵抗R4と、トランジ
スタQ2のベースとグランドとの間に挿入された抵抗R
5と、トランジスタQ2のエミッタとグランドとの間に
挿入された抵抗R6とにより、電圧帰還バイアスと呼ば
れる構成をとっている。
【0037】該バッファー段6の出力は、トランジスタ
Q2のコレクタに接続したコンデンサC8を介して、外
部回路に接続する出力端子3から、電圧制御発振器の出
力信号として出力される。このときの出力信号のインピ
ーダンスの調整は、前記出力端子3とグランドとの間に
挿入されたコンデンサC9と、前記コンデンサC8と、
コイルL1の各定数の組み合わせにより調整される。
【0038】次に図2の回路の動作を説明する。まず、
電源端子1aと1cに不図示のスイッチを介して電源が
投入され、電源端子1bには電源が投入されていない状
態では、一方の発振段5aのみが動作し、他方の発振段
5bは不動作となる。発振段5aで発生した信号は、前
記コンデンサC51を通過してバッファー段6のトラン
ジスタQ2のベースより入力され、前記発振段5aのバ
ッファーとして機能する。また、出力される前記信号の
周波数は、周波数制御端子2に印加される直流電圧によ
り制御される。
【0039】次に、電源端子1cへの電源供給はそのま
まにして、電源端子1aへの電源供給をオフとし、電源
端子1bからの電源をオンとすると、前記発振段5bと
前記バッファー段6だけが動作し、前記発振段5bで発
生した信号は、前記コンデンサC52を通過してバッフ
ァー段6のトランジスタQ2のベースより入力され、前
記発振段5bのバッフアーとして機能する。このときも
前記発振段5aの場合と同様に、周波数制御端子2に印
加される直流電圧により、発振周波数が制御される。
【0040】この実施例において、周波数制御端子2
は、各発振段5a、5bの可変容量ダイオードCv1、
Cv2に直流制御電圧を印加することになるが、可変容
量ダイオードCv1、Cv2は直流印加電圧に対して数
μA程度しか流れないため、殆ど絶縁体と考えられる。
よって動作していない発振段に直流制御電圧が印加され
ても殆ど電圧降下を起こさないため、動作している発振
段に問題なく直流制御電圧を印加することが可能であ
る。また、動作していない発振段でも可変容量ダイオー
ドCv1、Cv2だけは動作することになるが、前述し
たように、バッファー段6に対し、各発振段5a、5b
はそれぞれコンデンサC51、C52により粗結合で接
続しているだけなので、動作していない発振段5aまた
は5bの中の可変容量ダイオードCv1またはCv2の
動作の影響を動作している発振段5bまたは5aが受け
る心配はない。
【0041】また、電圧制御発振器の重要な特性である
C/N特性については、前述したように、各発振段5
a、5bは電気特性的に独立した構成をとっているの
で、それぞれの発振段5a、5bで発振する周波数に合
わせて素子定数を調整してC/N特性を最適化すること
が可能である。
【0042】また、前記したように、量産工程における
電圧制御発振器の発振周波数の調整については、発振段
5aおよび5bでそれぞれ独立して調整を行うことが可
能である。そのため、双方の発振周波数の精度を出すた
めにそれぞれの発振段の発振周波数を見ながらバランス
をとって調整するような複雑な方法をとる必要はなく、
発振周波数の調整が容易となる。
【0043】なお、前記出力端子3の出力インピーダン
スを、例えば50Ω等の特定インピーダンスに整合させ
るための前記コンデンサC8、C9とコイルL1の組み
合わせは、通常、周波数整合の考え方では単一周波数帯
域のみにしか適用できない。しかし、電圧制御発振器の
場合、あまり特定インピーダンスに整合させすぎると、
出力端子3の接続先のインピーダンス変動の影響(一般
にこの影響のことをプーリング特性と称する)を受け易
くなるため、出力端子3の出力インピーダンスを多少特
定インピーダンスに対して不整合させて設計する。その
ため、本実施例の場合、前記発振段5aの発振周波数
と、前記発振段5bの発振周波数との双方が特定インピ
ーダンスに対して適当に不整合されたインピーダンスに
なるように、前記コンデンサC8、C9とコイルL1の
組み合わせにすればよい。
【0044】以上の構成により、バッファー段6が複数
(本例では2つ)の発振段で共用され、電源端子1aま
たは1bへの電源の切り替え供給によって、複数の発振
周波数帯域の1つが選択的に出力可能な電圧制御発振器
が得られる。
【0045】以上本発明を実施例により説明したが、上
記した発振段やバッファー段の構成は一般的な回路構成
であり、他の構成の回路であっても本発明の電圧制御発
振器を実現することは可能である。また、上記実施例
は、2つの発振段を備えた例について説明したが、3以
上の発振段を付け加えてもよい。3以上の発振周波数帯
域が発振可能な構成とすれば、発振周波数をより拡大す
ることができる。また、実施例で説明した電圧制御発振
器を1つのモジュール化して一体の部品化することも可
能である。
【0046】
【発明の効果】請求項1によれば、複数の発振段がバッ
ファー段に対して低容量の容量結合によって粗結合され
ているので、各発振段はそれぞれ独立している場合の同
様の切り替え動作を行わせることができ、発振段ごとに
それぞれ発振周波数帯域の設計や調整を自由かつ容易に
行うことができる。
【0047】また、異なる複数の周波数帯域の信号に関
する例えばC/N特性等の特性をそれぞれの周波数帯域
で独立して設計することが可能となり、特性の設計が容
易となる。
【0048】また、発振段とバッファー段との間が容量
結合により結合されているので、スイッチ回路が簡略化
され、これにより大型化を防止することができ、この電
圧制御発振器が搭載される回路において、煩雑な配線を
必要とせず、かつ省スペース化が図れる。
【0049】請求項2によれば、複数の発振段のそれぞ
れ電源端子のオン/オフによりバッファー段へ入力する
前記発振段の発振信号を選択可能にしたことにより、電
源のオン/オフのみで発振段の選択が行える。
【0050】請求項3によれば、周波数制御端子を各発
振段に共通に設け、各発振段には発振周波数が直流印加
電圧によって容量が変化する可変容量ダイオードを設け
た構成としたので、直流印加電圧の切り替えスイッチが
不要となり、スイッチ回路が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電圧制御発振器の一実施例を示す
ブロック図である。
【図2】本実施例の電圧制御発振器の回路図である。
【図3】従来の電圧制御発振器の第1の例を示す回路図
である。
【図4】従来の電圧制御発振器の第2の例を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1a〜1c:電源端子、2:周波数制御端子、3:出力
端子、5a、5b:発振段、6:バッファー段、C7〜
C62:コンデンサ、Ct1、Ct2:周波数調整用コ
ンデンサ、Cv1、Cv2:可変容量ダイオード、L
1、L01、L02:コイル、Q2、Q11、Q12:
トランジスタ、R4〜R32:抵抗

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれ異なる周波数帯域の信号を発振す
    る複数の発振段と、1つのバッファー段とを有し、 前記複数の発振段の出力端がそれぞれ低容量の容量結合
    により前記バッファー段の入力端に接続されていること
    を特徴とする電圧制御発振器。
  2. 【請求項2】請求項1において、 複数の発振段のうち、どの発振段の出力がバッファー段
    へ入力されるかの選択を、発振段の電源端子のオン/オ
    フにより行う構成を有することを特徴とする電圧制御発
    振器。
  3. 【請求項3】請求項2において、 前記各発振段にはそれぞれ印加電圧によって発振周波数
    が制御される可変容量ダイオードを有し、1個の周波数
    制御端子が、前記各発振段の可変容量ダイオードに接続
    されていることを特徴とする電圧制御発振器。
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