数据输出与供电线路复用的电路、方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010120758.4 (22)申请日 2020.02.26 (71)申请人 无锡泽太微电子有限公司 地址 214000 江苏省无锡市新吴区观山路5 号2楼201室 (72)发明人 邓建元 (74)专利代理机构 深圳智汇远见知识产权代理 有限公司 44481 代理人 沈园园 (51)Int.Cl. H03M 1/12(2006.01) (54)发明名称 数据输出与供电线路复用的电路、 方法 (57)摘要 本申请涉及一种数据输出与供电线路复用 的电路、 方法, 该电路包括: 。

2、主控电路、 电源电路、 分压电路、 传感信号采集电路; 主控电路的输入 输出端与传感信号采集电路的数据与供电公共 端连接, 用于在传感信号采集电路处于数据传输 模式时, 与传感信号采集电路进行数据传输; 电 源电路通过分压电路与传感信号采集电路的数 据与供电公共端连接, 用于在传感信号采集电路 处于测量模式时, 给传感信号采集电路供电。 通 过本申请的技术方案通过数据线和地线两根线 就可以实现传感信号的转换及数据输出给主控 电路,即数据线复用为芯片的电源线。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 111313898 A 2020.06.19 CN 111313898 A 1.一种数据输出。

3、与供电线路复用的电路, 其特征在于, 所述电路包括: 主控电路、 电源 电路、 分压电路、 传感信号采集电路; 所述主控电路的输入输出端与所述传感信号采集电路的数据与供电公共端连接, 用于 在所述传感信号采集电路处于数据传输模式时, 与所述传感信号采集电路进行数据传输; 所述电源电路通过分压电路与所述传感信号采集电路的数据与供电公共端连接, 用于 在所述传感信号采集电路处于测量模式时, 给所述传感信号采集电路供电。 2.根据权利要求1所述的电路, 其特征在于, 所述传感信号采集电路包括: 电源控制电 路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路、 时钟产生电路、 第一开关电路、 第二开关电路。

4、、 储能电路; 所述储能电路通过所述第二开关电路与所述数据与供电公共端连接, 用于在所述传感 信号采集电路处于测量模式时, 通过所述电源电路储存电能; 所述储能电路还分别与所述电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路连接, 用于在 所述传感信号采集电路处于数据传输模式时, 给所述电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产 生电路供电; 所述电源电路依次通过所述分压电路、 数据与供电公共端、 第二开关电路分别与所述 电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路、 编码电路、 传感测量电路连接, 用于在所述传 感信号采集电路处于测量模式时, 给所述电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路、 编。

5、 码电路、 传感测量电路供电; 所述时钟产生电路分别与所述电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路 连接, 用于为所述电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路提供时钟信号; 所述传感测量电路与所述编码电路连接, 用于将采集的模拟信号转换为数字信号并传 输至编码电路; 所述编码电路与所述输出控制电路、 电源控制电路连接, 用于根据预设编码规则对所 述数字信号进行编码得到编码信号, 并将所述编码信号传输至输出控制电路、 电源控制电 路; 所述输出控制电路通过所述第一开关电路与所述数据与供电公共端连接, 用于根据所 述时钟信号和编码信号开启或关断所述传感信号采集电路的。

6、数据传输模式; 所述电源控制电路通过所述第二开关电路与所述数据与供电公共端连接, 用于根据所 述时钟信号和编码信号开启或关断所述传感信号采集电路的测量模式。 3.根据权利要求2所述的电路, 其特征在于, 所述第一开关电路为NMOS管, 所述第二开 关电路为PMOS管。 4.根据权利要求2所述的电路, 其特征在于, 所述储能电路为储能电容。 5.根据权利要求2所述的电路, 其特征在于, 所述时钟产生电路为RC振荡器。 6.根据权利要求2所述的电路, 其特征在于, 所述预设编码规则包括: 在固定周期下, 按照高电平与低电平的比列为1: 3的占空比进行编码得到第一编码, 所 述第一编码代表低电平; 。

7、按照高电平与低电平的比列为3: 1的占空比进行编码得到第二编码, 所述第二编码代 表高电平。 7.根据权利要求2所述的电路, 其特征在于, 所述分压电路为分压电阻。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111313898 A 2 8.一种数据输出与供电线路复用的方法, 其特征在于, 所述方法包括: 传感信号采集电路自动切换工作模式, 所述工作模式包括: 数据传输模式、 测量模式; 当所述传感信号采集电路处于数据传输模式时, 主控电路依次通过主控电路的输入输 出端、 传感信号采集电路的数据与供电公共端与传感信号采集电路进行数据传输; 当所述传感信号采集电路处于测量模式时, 电源电路依次通过分压电路。

8、、 传感信号采 集电路的数据与供电公共端给所述传感信号采集电路供电使传感信号采集电路采集外部 数据。 9.根据权利要求8所述的方法, 其特征在于, 所述传感信号采集电路自动切换工作模 式, 包括: 电源控制电路根据时钟产生电路的时钟信号、 编码电路的编码信号控制第二开关电路 的导通或断开, 输出控制电路根据时钟产生电路的时钟信号、 编码电路的编码信号控制第 一开关电路的导通或断开,当第一开关电路导通第二开关电路断开时, 传感信号采集电路 为数据传输模式, 当第二开关电路导通第一开关电路断开时, 传感信号采集电路为测量模 式。 10.根据权利要求9所述的方法, 其特征在于, 所述编码信号由编码电。

9、路对传感测量电 路传输的数字信号根据预设编码规则编码得到; 所述数字信号由传感测量电路对采集的模 拟信号通过模数转换得到。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111313898 A 3 数据输出与供电线路复用的电路、 方法 技术领域 0001 本申请涉及电子技术领域, 尤其涉及一种数据输出与供电线路复用的电路、 方法。 背景技术 0002 在传感器应用领域, 一般需要对传感器, 模数转换电路进行供电, 然后将数据通过 串口输出给主控制器。 因而传感器电路或芯片需要有电源、 地, 两线串口共4个芯片引脚或4 个连接线。 这样会导致引脚或连线过多, 不利于电路集成, 以及在芯片上集成传感器。 发明。

10、内容 0003 为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题, 本申请实施例提供了 一种数据输出与供电线路复用的电路、 方法。 0004 第一方面, 本申请实施例提供了一种数据输出与供电线路复用的电路, 该电路包 括: 主控电路、 电源电路、 分压电路、 传感信号采集电路; 0005 主控电路的输入输出端与传感信号采集电路的数据与供电公共端连接, 用于在传 感信号采集电路处于数据传输模式时, 与传感信号采集电路进行数据传输; 0006 电源电路通过分压电路与传感信号采集电路的数据与供电公共端连接, 用于在传 感信号采集电路处于测量模式时, 给传感信号采集电路供电。 0007 可选地, 传。

11、感信号采集电路包括: 电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测 量电路、 时钟产生电路、 第一开关电路、 第二开关电路、 储能电路; 0008 储能电路通过第二开关电路与数据与供电公共端连接, 用于在传感信号采集电路 处于测量模式时, 通过电源电路储存电能; 0009 储能电路还分别与电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路连接, 用于在传感 信号采集电路处于数据传输模式时, 给电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路供电; 0010 电源电路依次通过分压电路、 数据与供电公共端、 第二开关电路分别与电源控制 电路、 输出控制电路、 时钟产生电路、 编码电路、 传感测量电路连。

12、接, 用于在传感信号采集电 路处于测量模式时, 给电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路、 编码电路、 传感测量电 路供电; 0011 时钟产生电路分别与电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路连 接, 用于为电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路提供时钟信号; 0012 传感测量电路与编码电路连接, 用于将采集的模拟信号转换为数字信号并传输至 编码电路; 0013 编码电路与输出控制电路、 电源控制电路连接, 用于根据预设编码规则对数字信 号进行编码得到编码信号, 并将编码信号传输至输出控制电路、 电源控制电路; 0014 输出控制电路通过第一开关电路。

13、与数据与供电公共端连接, 用于根据时钟信号和 编码信号开启或关断传感信号采集电路的数据传输模式; 0015 电源控制电路通过第二开关电路与数据与供电公共端连接, 用于根据时钟信号和 说明书 1/6 页 4 CN 111313898 A 4 编码信号开启或关断传感信号采集电路的测量模式。 0016 可选地, 第一开关电路为NMOS管, 第二开关电路为PMOS管。 0017 可选地, 储能电路为储能电容。 0018 可选地, 时钟产生电路为RC振荡器。 0019 可选地, 预设编码规则包括: 0020 在固定周期下, 按照高电平与低电平的比列为1: 3的占空比进行编码得到第一编 码, 第一编码代表。

14、低电平; 0021 按照高电平与低电平的比列为3: 1的占空比进行编码得到第二编码, 第二编码代 表高电平。 0022 可选地, 分压电路为分压电阻。 0023 第二方面, 本申请实施例提供了一种数据输出与供电线路复用的方法, 该方法包 括: 0024 传感信号采集电路自动切换工作模式, 工作模式包括: 数据传输模式、 测量模式; 0025 当传感信号采集电路处于数据传输模式时, 主控电路依次通过主控电路的输入输 出端、 传感信号采集电路的数据与供电公共端与传感信号采集电路进行数据传输; 0026 当传感信号采集电路处于测量模式时, 电源电路依次通过分压电路、 传感信号采 集电路的数据与供电公。

15、共端给传感信号采集电路供电使传感信号采集电路采集外部数据。 0027 可选地, 传感信号采集电路自动切换工作模式, 包括: 0028 电源控制电路根据时钟产生电路的时钟信号、 编码电路的编码信号控制第二开关 电路的导通或断开, 输出控制电路根据时钟产生电路的时钟信号、 编码电路的编码信号控 制第一开关电路的导通或断开,当第一开关电路导通第二开关电路断开时, 传感信号采集 电路为数据传输模式, 当第二开关电路导通第一开关电路断开时, 传感信号采集电路为测 量模式。 0029 可选地, 编码信号由编码电路对传感测量电路传输的数字信号根据预设编码规则 编码得到; 数字信号由传感测量电路对采集的模拟信。

16、号通过模数转换得到。 0030 本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点: 0031 本申请的技术方案通过数据线和地线两根线就可以实现传感信号的转换、 数据输 出给主控电路及电源电路给传感测量电路供电,即数据线复用为芯片的电源线。 简化了传 感器芯片和控制器的连接, 节约了成本。 可方便替代现有的一些应用领域传感器和芯片分 离的技术方案。 附图说明 0032 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分, 示出了符合本发明的实施 例, 并与说明书一起用于解释本发明的原理。 0033 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案, 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使。

17、用的附图作简单地介绍, 显而易见地, 对于本领域普通技术人员而 言, 在不付出创造性劳动性的前提下, 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0034 图1为一个实施例提供的一种数据输出与供电线路复用的电路结构框图; 0035 图2为另一个实施例提供的一种数据输出与供电线路复用的电路结构框图 说明书 2/6 页 5 CN 111313898 A 5 0036 图3为一个实施例提供的数据输出电路与电源控制电路; 0037 图4为一个实施例提供的数据编码的占空比示意图; 0038 图5为一个实施例提供的编码输出后的波形。 具体实施方式 0039 为使本申请实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚, 下面。

18、将结合本申请实施例 中的附图, 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述的实施例是 本申请的一部分实施例, 而不是全部的实施例。 基于本申请中的实施例, 本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例, 都属于本申请保护的范围。 0040 图1为一个实施例提供的一种数据输出与供电线路复用的电路结构框图。 参考图 1, 该数据输出与供电线路复用的电路包括主控电路10、 传感信号采集电路20、 电源电路30、 分压电路40, 主控电路10的输入输出端与传感信号采集电路20的数据与供电公共端连接, 用于在传感信号采集电路20处于数据传输模式时, 与传。

19、感信号采集电路20进行数据传输; 电源电路30通过分压电路40与传感信号采集电路20的数据与供电公共端连接, 用于在传感 信号采集电路20处于测量模式时, 给传感信号采集电路20供电。 0041 图2为另一个实施例提供的一种数据输出与供电线路复用的电路结构框图。 参考 图2, 主控电路10的输入输出端与传感信号采集电路20的数据与供电公共端VD连接, 用于在 传感信号采集电路20处于数据传输模式时, 与传感信号采集电路20进行数据传输。 0042 主控电路10还作为电源电路提供电压VDD, 主控电路10通过电阻R1与传感信号采 集电路20的数据与供电公共端VD连接, 用于在传感信号采集电路20。

20、处于测量模式时, 给传 感信号采集电路20供电, 其中, 电阻R1为分压电路。 0043 在一个实施例中, 传感信号采集电路20包括电源控制电路、 输出控制电路、 编码电 路、 传感测量电路、 时钟产生电路、 第一开关电路、 第二开关电路、 储能电路。 参考图2, 储能 电路包括电容C1, 第一开关电路包括NMOS管, 第二开关电路包括PMOS管。 0044 电容C1通过PMOS管与数据与供电公共端VD连接, 用于在传感信号采集电路20处于 测量模式时, 通过主控电路10供电而储存电能。 电容C1还分别与电源控制电路、 输出控制电 路、 时钟产生电路连接, 用于在传感信号采集电路20处于数据传。

21、输模式时, 给电源控制电 路、 输出控制电路、 时钟产生电路供电。 其中, 电容C1的另一端接地。 0045 电源电路(即主控电路10)依次通过分压电阻R1、 数据与供电公共端VD、 PMOS管分 别与电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路、 编码电路、 传感测量电路连接, 用于在传 感信号采集电路20处于测量模式时, 给电源控制电路、 输出控制电路、 时钟产生电路、 编码 电路、 传感测量电路供电。 0046 时钟产生电路分别与电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路连 接, 用于为电源控制电路、 输出控制电路、 编码电路、 传感测量电路提供时钟信号。 0047 传感测。

22、量电路与编码电路连接, 用于将采集的模拟信号转换为数字信号并传输至 编码电路。 0048 编码电路与输出控制电路、 电源控制电路连接, 用于根据预设编码规则对数字信 号进行编码得到编码信号, 并将编码信号传输至输出控制电路、 电源控制电路。 0049 输出控制电路通过NMOS管与数据与供电公共端VD连接, 用于根据时钟信号和编码 说明书 3/6 页 6 CN 111313898 A 6 信号开启或关断传感信号采集电路20的数据传输模式。 其中, NMOS管的栅极与输出控制电 路连接, NMOS管的源极接地、 漏极与数据与供电公共端VD连接。 0050 电源控制电路通过PMOS管与数据与供电公共。

23、端VD连接, 用于根据时钟信号和编码 信号开启或关断传感信号采集电路的测量模式。 其中, PMOS管的栅极与电源控制电路连接, PMOS管的源极与电容C1的一端连接、 漏极与数据与供电公共端VD连接。 0051 在一个实施例中, 时钟产生电路为RC振荡器。 可选地, 其产生1MHZ的时钟信号用于 数据输出和电源控制电路的时钟需求,其频率偏差小于1。 0052 图3为一个实施例提供的数据输出电路与电源控制电路。 参考图3, 编码电路输出 的编码信号Data_in通过反相放大器inv与D触发器dff1的D端连接, D触发器dff1的Q输出端 与D触发器dff2的D端连接, D触发器dff2的Q输出。

24、端与D触发器dff3的D端连接, D触发器dff3 的Q输出端与或门or1的一个输入端连接, 或门or1的另一个输入端与D触发器dff1的Q输出 端连接, 时钟产生电路同时为D触发器dff1、 D触发器dff2、 D触发器dff3提供时钟信号clk, 复位电路POR同时为D触发器dff1、 D触发器dff2、 D触发器dff3提供复位信号Reset, 电源电 路通过分压电阻R1、 数据与供电公共端VD、 第二开关电路提供的电压VCC同时为D触发器 dff1、 D触发器dff2、 D触发器dff3、 复位电路POR供电。 或门or1的输出端与第二开关电路的 PMOS管的栅极连接, PMOS管的源。

25、极接电容C1的一端、 漏极接数据与供电公共端VD, 电容C1的 另一端接地, 第一开关电路的NMOS管的漏极与数据与供电公共端VD连接、 源极接地、 栅极接 D触发器dffe2的Q输出端。 其中, Q输出端为数据锁存输出端。 0053 主控电路的输入输出端接数据与供电公共端VD, 并通过电阻R1接到电源VDD, M1管 的漏极接VD, 柵极接SW0。 M2管的漏极接VD, 柵极接SW1, 源极接VCC及电容C1。 VCC为电源控制 电路、 编码电路、 传感测量电路的电源。 电容C1的作用是存储电荷, 当M2管关闭时电容C1给 芯片的耗电电路供电。 0054 参考图2, M1管为数据开漏极的输出。

26、模式, 当需要输出编码后的数据 “1” 时NMOS管 M1的栅极控制信号SW0为 “0” , M1管关断VD脚的电平通过电阻R1很快的充电到VDD, M2管的漏 极接VD脚, 在VD上升到接近VDD后, M2管的控制信号SW1从 “1” 变为 “0” , 电源VDD通过电阻R1 对电容C1进行充电。 当SW0信号要从 “0” 变为 “1” 前, SW1要确保提前从 “0” 变为 “1” 以光断M2 管, 保持C1的电荷。 内部的电源控制电路、 编码电路、 传感测量电路将由保持在电容C1的电 荷供电,为了减小输出状态的工作电流, 编码电路和测量电路在输出状态可以不工作, 只有 时钟电路和电源控制。

27、电路以及输出驱动电路工作。 在这个状态下芯片的工作电流很小在, 只有几个微安的电流。 0055 参考图3, 数据从data_in输入经过反向器inv1输出为data接D触发器dff1的D端, 其输出Q端接dff2的D端, dff2的输出Q端接dff3的D端其连接线为sw0, 这3个D触发器的clk 都接1MHZ的时钟产生器, D触发器的复位端CLR接上电复位电路POR的输出Reset.Dff3的输 出d2和dff1的输出d0接或门or1, 其输出接电源开关PMOS管M2的栅极, 用于控制电源电路对 电容C1的充电以及保持电容的电量。 Dff2的输出sw0接NMOS管M1用于数据的开漏输出。 M。

28、1和 M2管的漏端都接到VD上。 M2管的源极接电泳C1用于储能, 上电复位电路POR的电源接VCC, 其 输出为reset接dff1、 dff2、 dff3的CLR端, 用于对D触发器复位。 通过这样巧妙简单的电路结 构保证了M2管在M1导通前关闭, 并且在M1管关闭后M2管再导通。 从而使电容C1在M1关闭后 D1上升到高电平时充电。 在M1导通时M2关闭, 电容C1保持电荷给芯片的少数耗电电路供电。 说明书 4/6 页 7 CN 111313898 A 7 图2中的inv1、 or1、 dff1、 dff2、 dff3都是由电容C1供电。 0056 测量状态: 测量状态M2管导通, M1。

29、管关闭, VDD通过电阻R1对芯片供电。 传感测量电 路通过ADC转换传感器的输出信号, 得到的测量数字数据。 编码电路对传感测量电路输出的 测量值进行编码, 如图3所示: 在固定周期下, 数据 “0” 按1: 3的占空比编码, 即高电平占周期 的1/4, 低电平占周期的3/4。 数据 “1” 按3: 1的占空比进行编码, 高电平占周期的3/4, 低电平 占周期的1/4。 编码后的数据存在寄存器里, 然后把传感测量电路关闭以节省功耗, 等到芯 片变为输出状态后, 再把编码后的数据送到电源控制电路和输出驱动电路输出到VD。 0057 图4为一个实施例提供的数据编码的占空比示意图。 参考图4, 预。

30、设编码规则包括: 在固定周期下, 按照高电平与低电平的比列为1: 3的占空比进行编码得到第一编码, 第一编 码代表低电平; 按照高电平与低电平的比列为3: 1的占空比进行编码得到第二编码, 第二编 码代表高电平。 如图4所示, 第一个占空比示意图为数据 “0” 的编码, 第二个占空比示意图为 数据 “1” 的编码。 编码电路用于把ADC转换的传感数字信号按一定的编码规律编码。 数据编 码 “0” 按1: 3的占空比, 高电平占周期的1/4, 低电平占周期的3/4。 数据编码 “1” 按3: 1的占空 比, 高电平占周期的3/4, 低电平占周期的1/4。 0058 图5为一个实施例提供的编码输出。

31、后的波形。 图5为数据0101编码输出后的波形。 0059 在一个实施例中还提供了一种数据输出与供电线路复用的方法, 该方法包括: 0060 传感信号采集电路自动切换工作模式, 工作模式包括: 数据传输模式、 测量模式; 0061 当传感信号采集电路处于数据传输模式时, 主控电路依次通过主控电路的输入输 出端、 传感信号采集电路的数据与供电公共端与传感信号采集电路进行数据传输; 0062 当传感信号采集电路处于测量模式时, 电源电路依次通过分压电路、 传感信号采 集电路的数据与供电公共端给传感信号采集电路供电使传感信号采集电路采集外部数据。 0063 在一个实施例中, 传感信号采集电路自动切换。

32、工作模式, 包括: 0064 电源控制电路根据时钟产生电路的时钟信号、 编码电路的编码信号控制第二开关 电路的导通或断开, 输出控制电路根据时钟产生电路的时钟信号、 编码电路的编码信号控 制第一开关电路的导通或断开,当第一开关电路导通第二开关电路断开时, 传感信号采集 电路为数据传输模式, 当第二开关电路导通第一开关电路断开时, 传感信号采集电路为测 量模式。 0065 在一个实施例中, 编码信号由编码电路对传感测量电路传输的数字信号根据预设 编码规则编码得到; 数字信号由传感测量电路对采集的模拟信号通过模数转换得到。 0066 需要说明的是, 在本文中, 诸如 “第一” 和 “第二” 等之类。

33、的关系术语仅仅用来将一 个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来, 而不一定要求或者暗示这些实体或操作之 间存在任何这种实际的关系或者顺序。 而且, 术语 “包括” 、“包含” 或者其任何其他变体意在 涵盖非排他性的包含, 从而使得包括一系列要素的过程、 方法、 物品或者设备不仅包括那些 要素, 而且还包括没有明确列出的其他要素, 或者是还包括为这种过程、 方法、 物品或者设 备所固有的要素。 在没有更多限制的情况下, 由语句 “包括一个” 限定的要素, 并不排除 在包括要素的过程、 方法、 物品或者设备中还存在另外的相同要素。 0067 以上仅是本发明的具体实施方式, 使本领域技术人员能够理解或实现本发明。 对 这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的, 本文中所定义的一般原 理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下, 在其它实施例中实现。 因此, 本发明将不会 说明书 5/6 页 8 CN 111313898 A 8 被限制于本文所示的这些实施例, 而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最 宽的范围。 说明书 6/6 页 9 CN 111313898 A 9 图1 图2 说明书附图 1/2 页 10 CN 111313898 A 10 图3 图4 图5 说明书附图 2/2 页 11 CN 111313898 A 11 。

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内容关键字: 数据 输出 供电 线路 电路 方法
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