SM3322ARA 光センサ IC ■概要 SM3322ARA は、1mm2 の単一画素フォトダイオードを内蔵したイメージセンサ用 IC です。LED を用いた認証機器等の 用途向けに、超小型パッケージに収めました。SM3322ARA は受光波長 640nm±60nm のカラーフィルタを搭載。シリアル インターフェースを用いた感度設定により光を高感度に検出することができ、LED のばらつきを補正することもできます。 また、暗電流補正回路を内蔵することで、従来より広い温度範囲で使用が可能です。加えて、3 ビットのアドレス設定により 8 個まで並列接続することができます。 ■特長 ■外形寸法図 ・受光波長 640nm±60nm のカラーフィルタを搭載 (Unit: mm) ・シリアルインターフェースにより、ゲイン設定およびセンサ 出力制御可能(DATA,SE,CLK,OE) Y ・暗電流補正回路を内蔵し、安定した信号出力を実現 ・3 ビットのアドレス設定により、8 個まで並列接続可能 B ・受光部サイズ: 2.3mm×0.6mm (受光素子面積: 1.0mm2) X Photodiode detector A 0.6 ±0.1 ・波長特性: 波長による感度変動の少ない反射防止膜を内蔵 5.5 ±0.1 ・トランスインピーダンス設定範囲: 500kΩ~240MΩ ・電源電圧範囲: 2.7~5.5V(単一電源) ・消費電流: 1.5mA(typ)@VDD=5V, 無負荷時 ・動作温度範囲: -40~+85℃ ・パッケージ: 12 pin HCOB 0.35 1.15 ±0.2 3.2 ±0.1 0.5 0.25 ±0.05 Photodiode detector dimensions(Origin:Package center) A B X -1.15 1.15 Package type : 12pin HCOB Package size : 3.2mm×5.5mm Photodiode detector size : 2.3mm×0.6mm (1.0mm2 photo detector surface area) Y -0.7 -0.1 ■オーダーインフォメーション DATA OE CLK SE VDD SM3322ARA IC1 SM3322ARA IC2 SM3322ARA IC3 VSS REF A0 A1 A2 OUT ■応用回路例 DATA OE CLK SE VDD 12 pin HCOB VSS REF A0 A1 A2 OUT SM3322ARA DATA OE CLK SE VDD Package VSS REF A0 A1 A2 OUT Device ADC ADC CPU SEIKO NPC CORPORATION - 1 SM3322ARA NC DATA OE CLK SE VDD 12 11 10 9 8 7 1 2 3 4 5 6 REF A0 A1 A2 OUT (Top View.) VSS ■端子配置 ■端子説明 端子番号 端子名 I/O 1 VSS S GND 端子 2 REF O 基準電圧出力端子 3 A0 I アドレス設定端子 0 4 A1 I アドレス設定端子 1 5 A2 I アドレス設定端子 2 6 OUT O アナログ出力端子 7 VDD S 電源端子 8 SE I シリアル I/F イネーブル端子 9 CLK I シリアル I/F クロック端子 10 OE I 出力イネーブル制御端子 11 DATA I/O シリアル I/F データ端子 12 NC - オープンでご使用下さい *. I/O:入出力端子 I:入力端子 O:出力端子 機能 S:電源端子 ■ブロック図 Pre Amplifier Photodiode + - Sample & Hold Offset Cancel Post Amplifier Buffer OUT Dark Current Compensation Timing Generator VDD VSS SE OE DATA CLK A2 A1 Serial Interface A0 REF Reference Voltage Source SEIKO NPC CORPORATION - 2 SM3322ARA ■絶対最大定格 VSS=0V 項目 記号 電源電圧*1 条件 定格 単位 -0.3 ~ +7.0 V VDD VDD 端子 *1*2 VIN DATA,CLK,SE,OE,A0,A1,A2 端子 -0.3 ~ VDD+0.3 V *1*2 VOUT OUT,REF 端子 -0.3 ~ VDD+0.3 V *3 TSTG -55 ~ +90 ℃ 入力電圧 出力電圧 保存温度 *1. 一瞬たりとも超えてはならない値です。万が一、定格を超えた場合は、電気的特性、信頼性などに影響を与える恐れがあります。 *2. 定格に記載の“VDD”は、推奨動作条件に定める動作電源電圧(VDD)の規格値を示します。 *3. N2 または真空雰囲気で、梱包材を含まない単体保存の場合です。 ■推奨動作条件 推奨動作条件とは、電気的特性を保証する条件です。 VSS=0V 項目 記号 MIN TYP MAX 単位 2.7 5.0 5.5 V OUT 出力負荷 - - 100 pF *1 - - 100 pF -40 - 85 ℃ 電源電圧 VDD *1 REF 出力負荷 動作周囲温度 Ta 条件 *1. OUT 端子および REF 端子の出力負荷は容量負荷のみを想定しています。電流負荷の場合、出力電圧誤差が発生するため、必ずハイイン ピーダンス条件にてご使用ください。 Note. 推奨動作条件範囲外で使用すると信頼性に影響を与える場合がありますので、この範囲内で使用して下さい。 SEIKO NPC CORPORATION - 3 SM3322ARA ■電気的特性 ●DC 特性 特記なき場合、標準回路による推奨動作条件と同じ 項目 消費電流 ロジック入力電圧 1 ロジック入力電圧 2 ロジック入力電流 1 記号 IDD VIH1 VIL1 ロジック出力インピーダンス REF 出力電圧 OUT 最大出力電圧 出力インピーダンス OE=0V, OUT 端子無負荷時 DATA,CLK,SE,A0,A1,A2 端子 MIN TYP MAX 単位 - 1.5 3.0 mA 0.8VDD - - - - 0.2VDD 0.8VDD - - V VIH2 OE 端子 VIL2 (機能異なるが仕様上同じ) - - 0.2VDD IIH1 DATA,CLK, SE,A0,A1, A2 端子 VIH=VDD 印加時 - - 1 VIL=0V 印加時 -1 - - OE 端子, VDD=5.0V VIH=VDD 印加時 - 10 20 VIL=0V 印加時 -20 -10 - - - 400 Ω 0.08VDD 0.10VDD 0.12VDD V 0.60VDD 0.70VDD - V - 400 1000 Ω IIL1 ロジック入力電流 2 条件 IIH2 IIL2 ZDATA VREF DATA 端子、読み出し時 *1 負荷容量 < 100pF VOUTH ZO *2 OUT 端子 V μA μA *1. REF に大きな負荷容量を接続した場合、REF 電圧が発振する場合があります。REF 端子に容量を接続する場合の容量値は 100pF 以下にて ご使用下さい。 *2. 負荷抵抗 10kΩのときの出力電圧を V10、無負荷のときの出力電圧を V0 としたとき以下の式により ZO を算出します。 ZO = (V0/V10-1)*10 [kΩ] SEIKO NPC CORPORATION - 4 SM3322ARA ●光電特性 特記なき場合、標準回路による推奨動作条件と同じ 項 目*1 記号 条件 MIN TYP MAX 単位 *1 S1/S4 375nm - - 5 % *1 S2/S4 525nm - - 30 % *1 S3/S4 545nm - - 60 % *1 S4 630nm 0.16 0.23 - A/W *1 S5/S4 735nm - - 60 % *1 S6/S4 780nm - - 35 % 受光感度 1 受光感度 2 受光感度 3 受光感度 4 受光感度 5 受光感度 6 *1. 代表特性:デバイス単体で決まる特性です。 PD 分光感度特性 PD 分光感度特性(500nm~800nm) SEIKO NPC CORPORATION - 5 SM3322ARA ●アナログ電気的特性 特記なき場合、標準回路による推奨動作条件と同じ 項目 記号 条件 MIN TYP MAX 単位 - 0.5 - MΩ - 1.0 - MΩ - 2.0 - MΩ CS[11] - 4.0 - MΩ CS[00] - 1.5 - MΩ - 3.0 - MΩ - 6.0 - MΩ CS[11] - 12.0 - MΩ CS[00] - 3.5 - MΩ - 7.0 - MΩ - 14.0 - MΩ CS[11] - 28.0 - MΩ CS[00] - 7.5 - MΩ - 15.0 - MΩ - 30.0 - MΩ - 60.0 - MΩ TS[00] - 20 30 μs TS[01] - 40 60 μs TS[10] - 80 120 μs TS[11] - 160 240 μs - - ±1 dB REF 基準、[01111111]以下 -40 - 40 mV REF 基準、[11111111]以下 -60 - 80 mV CS[00] CS[01] TS[00] CS[10] CS[01] TS[01] CS[10] プリアンプ *1 トランスインピーダンス CS[01] TS[10] CS[10] CS[01] TS[11] CS[10] CS[11] プリアンプ変換時間 ポストアンプ利得誤差 暗電圧 *1. 設計値:プリアンプ・トランスインピーダンスはプリアンプ帰還容量(CS[1:0])とプリアンプ変換時間(TS[1:0])を指定することにより設定できます。 プリアンプはフォトダイオードの光電流に比例した電圧を出力します。これを仮想的なインピーダンスとみなし、プリアンプ・トランスインピー ダンスと称します。プリアンプ・トランスインピーダンス Rti は以下の通り算出されます。 Rti = (プリアンプ変換時間 − 10μ sec) プリアンプ帰還容量 プリアンプ変換時間と同期してサンプルホールド回路が動作します。出力電圧が確定するためには、光照射後にサンプルホールド回路の 1 周 期が完了する必要があります。光照射時間は、(検出時間をプリアンプ変換時間の最大値の 2 倍として) 検出時間+アナログ出力取込み時間以上 に設定して下さい。光照射がアナログ出力取り込み前に終了した場合は、出力電圧が低下またはゼロになる場合があります。光照射はアナログ出 力取り込みが完了するまで連続して照射して下さい。 光照射時間 光源 シリアル インターフェース ゲイン設定時間 アナログ出力 取り込み 出力制御時間 検出時間 アナログ出力取込み時間 プリアンプ変換時間 TS[00] TS[01] TS[10] TS[11] 検出時間 ≥60μs ≥120μs ≥240μs ≥480μs 出力電圧 = VREF + (Rti × フォトダイオード光電流 × ポストアンプ・ゲイン) SEIKO NPC CORPORATION - 6 SM3322ARA ●AC 特性 ・データ書き込み時 特記なき場合、標準回路による推奨動作条件と同じ 項目 記号 条件 MIN TYP MAX 単位 書き込みクロック L パルス幅 twlw CLK 端子 40 - - ns 書き込みクロック H パルス幅 twhw CLK 端子 40 - - ns データセットアップ時間 1 tsu1 SE-CLK 間 40 - - ns データセットアップ時間 2 tsu2 DATA-CLK 間 40 - - ns データホールド時間 1 th1 SE-CLK 間 140 - - ns データホールド時間 2 th2 DATA-CLK 間 40 - - ns 書き込みクロック周波数 fclkw - - 10 MHz tz OUT 端子、負荷 100pF、出力振幅 変化が 1V のとき 95%に達する時間 OUT 端子 *2 CI SE,OE,CLK,DATA 端子 - 5 - pF *2 出力端子容量 CO OUT 端子 - 5 - pF インターフェース間待ち時間 tsi 100 - - ns セトリング時間 tst 出力ディセーブル時間*1 入力端子容量 - - 2 μs - 0.1 - μs *1. 設計値:出力制御時間を目安として記載しています。 *2. 設計値:1 端子あたりの端子容量を記載しています。基板設計時を目安として記載しています。 特に指定のない限り、L/H の切り替わりのタイミングは 0.5VDD を基準とします。 OE tsi SE DATA R/W tsu2 CLK A2 A1 GS1 1 2 GS0 th2 twhw twlw 3 15 th1 16 1/fclkw tsu1 tst tz OUT 95% 100% ・データ読み出し時 特記なき場合、標準回路による推奨動作条件と同じ 項目 記号 条件 MIN TYP MAX 単位 読み出しクロック L パルス幅 twlr CLK 端子 500 - - ns 読み出しクロック H パルス幅 twhr CLK 端子 500 - - ns 読み出しクロック周波数 fclkr - - 1 MHz SE ホールド時間 tse SE-CLK 間 500 - - ns 読み出しデータ遅延時間 tRD DATA 端子、負荷 100pF - - 400 ns 特に指定のない限り、L/H の切り替わりのタイミングは 0.5VDD を基準とします。 "L"またはopen OE SE DATA R/W A2 A1 - CS1 tRD CLK 1 2 3 7 8 CS0 GS1 GS0 twhr 9 twlr 15 tse 16 1/fclkr SEIKO NPC CORPORATION - 7 SM3322ARA ■機能説明 ●基本機能 フォトダイオードから発生する電流を検出して出力を行います。プリアンプのトランスインピーダンスを調整すること で感度の疎調整を行うことができます。トランスインピーダンス調整範囲は 0.5MΩ~60MΩで、調整ビット数は4ビット になります。また、遮光フォトダイオード出力を用いて暗電流補正を行うことで温度変動が小さい出力電圧特性を実現 しています。ポストアンプのゲインを調整することで感度の微調整を行うことができます。ゲイン調整範囲は 1~4 倍で、 調整ビット数は4ビットになります。また、オフセットキャンセル回路を内蔵することで出力低オフセット電圧を実現して います。 光照射なし時における出力電圧は 0.1VDD を出力し、これを暗電圧と称します。光照射時の最大出力電圧は 0.7VDD です。 アドレス端子制御によるアドレス設定により、並列接続時におけるトランスインピーダンスおよびゲインの個別設定が 可能です。さらに、OE 端子制御により出力制御することが可能です。 【アドレスと A[2:0]端子設定】 アドレス A2 端子設定 A1 端子設定 A0 端子設定 [000] [001] [010] [011] [100] [101] [110] [111] VSS VSS VSS VSS VDD VDD VDD VDD VSS VSS VDD VDD VSS VSS VDD VDD VSS VDD VSS VDD VSS VDD VSS VDD ●シリアルインターフェース SM3322ARA は、内部をコントロールするレジスタを内蔵しており、これにアクセスするために 3 線式のシリアルイン ターフェースが用意されています。データ読み出し/書き込み時以外の不要な SE, CLK, DATA 信号入力は誤動作の 原因となりますのでご注意ください。 ○内部レジスタ構成 内部レジスタには読み出し/書き込み、アドレス、動作モード、プリアンプのトランスインピーダンス、およびポストア ンプ・ゲインの設定を行います。データ領域への書き込み/読み出しは、アドレス書き込みデータとアドレス端子設定 データが一致したときに実行されます。ご使用時は必ずレジスタ・データを設定して下さい。 アドレス RW R/W コマンド A2 A1 データ A0 D11 D10 D9 D8 don’t care アドレス - - - - D7 D6 D5 D4 プリアンプ トランスインピーダンス 帰還容量 変換時間 CS1 CS0 TS1 TS0 D3 D2 D1 D0 ポストアンプ ゲイン GS3 GS2 GS1 GS0 ①RW 読み出し/書き込みモード設定ビットです。読み出し時“1”、書き込み時“0”を設定してください。 ②アドレス A[2:0] (A2~A0) アドレス設定ビットです。 ③プリアンプ・トランスインピーダンス CS[1:0] (D7~D6) および TS[1:0] (D5~D4) プリアンプのトランスインピーダンス設定ビットです。 ④ポストアンプ・ゲイン GS[3:0] (D3~D0) ポストアンプのゲイン設定ビットです。 SEIKO NPC CORPORATION - 8 SM3322ARA 【調整ビット割付】 CS[1:0] プリアンプ帰還容量 CS1 CS0 0 0 0 1 1 0 1 1 容量値 (pF) 20.0 10.0 5.0 2.5 TS[1:0] プリアンプ変換時間 TS1 TS0 0 0 0 1 1 0 1 1 時間 (μs) 20 40 80 160 GS[3:0] GS3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 ポストアンプゲイン GS2 GS1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 GS0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 ゲイン (倍) 1.00 1.08 1.17 1.27 1.38 1.50 1.63 1.78 1.94 2.13 2.33 2.57 2.85 3.17 3.55 4.00 ○OUT 端子制御 OE 端子制御により、OUT 端子を制御することができます。 OE 端子 0.8VDD 以上 OPEN 0.2VDD 以下 OUT 端子 出力イネーブル 出力イネーブル 出力ディセーブル 条件 A[2:0]書き込みデータ-アドレス端子設定データ一致時 常時出力 SEIKO NPC CORPORATION - 9 SM3322ARA ○ゲイン設定(レジスタへのデータ書き込み、OE=“L”または OE=“OPEN”) OE=“L”または OE=“OPEN”のとき、SE=“H”の状態にすることにより、シリアルインターフェース動作がスタートしま す。1 ビットの R/W モード設定(書き込み時0)、3 ビットのアドレス指定を行い、12 ビットの書き込みデータを順次送信 します。アドレスデータとアドレス端子設定データが一致した場合、SE の立ち下りでレジスタへデータが取り込まれ書 き込みデータが有効になり、シリアルインターフェース動作を終了します。なお、シリアル通信時の CLK 数が 16 発以 外(過不足)の場合は、データが破棄されますのでご注意ください。 ◆レジスタ書き込み(OE=“L”) "L" OE SE DATA R/W A2 A1 A0 - - - - CS1 CS0 TS1 TS0 GS3 GS2 GS1 GS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 CLK ◆レジスタ書き込み(OE=“OPEN”) OE (OPEN) "L" SE DATA R/W A2 A1 A0 - - - - CS1 CS0 TS1 TS0 GS3 GS2 GS1 GS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 CLK OUT (Hi-Z) ○アナログ出力制御(レジスタへのデータ書き込み、OE=“H”) OE=“H”のとき、SE=“H”の状態にすることにより、シリアルインターフェース動作がスタートします。1 ビットの R/W モード設定(書き込み時 0)、3 ビットのアドレス指定を行い、4 ビットのダミーデータを順次送信します。SE の立ち下り でアドレスデータが有効になり、シリアルインターフェース動作を終了します。さらにアドレスデータとアドレス端子設 定データが一致した場合に出力がイネーブル状態になります。すでに出力イネーブル状態で、異なるアドレスデー タが書き込みされた場合は、出力ディセーブル状態となります。なお、シリアル通信時のCLK数が8発以外(過不足) の場合は、アドレス不一致と判断し、出力ディセーブル状態となります。また OE=“H”のまま、レジスタへの連続書き 込みが可能です。 ◆レジスタ書き込み(OE=“H”) OE SE DATA R/W A2 A1 A0 - - - - 1 2 3 4 5 6 7 8 CLK OUT (Hi-Z) SEIKO NPC CORPORATION - 10 SM3322ARA ○データの読み出し(OE=“L”または OE=“OPEN”) SE=“H”の状態にすることによりシリアルインターフェース動作がスタートします。OE=“OPEN”または OE=“L”の時、 1 ビットの R/W モード設定(読み出し時1)、3 ビットのアドレス指定、および 4 ビットのダミーデータを順次送信します。 CLK8 の立ち下りでアドレス端子設定値とアドレスレジスタ設定データ比較を行い、一致した場合は 8 ビットのアナロ グ調整コードレジスタの読み出しデータが順次出力されます。シリアルインターフェースは CLK15 の立ち下りで GS0 のデータが送信され、CLK16 の立ち下りから SE の立ち下りまでに出力されるデータは不定データです。シリアルイ ンターフェース動作は SE の立ち下りで終了し、DATA 端子は入力に戻ります。なお、シリアル通信時の CLK が 16 発以外のクロック入力はしないでください。もし入力された場合は、誤書き込みや誤読み出しの原因となりますのでご 注意ください。 ◆レジスタ読み出し SE DATA R/W A2 A1 A0 - - - - CS1 CS0 TS1 TS0 GS3 GS2 GS1 GS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 - CLK SEIKO NPC CORPORATION - 11 SM3322ARA ■標準回路 10μF VSS REF A0 A1 A2 OUT SM3322ARA ADC DATA OE CLK SE VDD CPU アドレス [000] 設定の場合 電源間端子の直近に 10μF 以上の積層セラミックコンデンサを外付けしてご使用下さい。 電気的特性各項目の規格値は標準回路で測定した結果に相当します。 SEIKO NPC CORPORATION - 12 SM3322ARA ■応用回路例 応用回路例は使用上の参考回路図であり弊社が保証する回路ではありません。その使用に起因する損害までは 責任は負いかねます。十分評価を行った上でご使用ください。 DATA OE CLK SE VDD DATA OE CLK SE VDD DATA OE CLK SE VDD SM3322ARA IC1 SM3322ARA IC2 SM3322ARA IC3 VSS REF A0 A1 A2 OUT VSS REF A0 A1 A2 OUT VSS REF A0 A1 A2 OUT ●回路例 1 ADC ADC CPU タイミングチャート OE SE IC1 IC2 IC3 IC1 IC2 IC3 DATA CLK (光照射) (OFF) (ON) Rti OUT(IC1) (Hi-Z) OUT(IC2) (Hi-Z) OUT(IC3) (Hi-Z) OUT合成 (Hi-Z) SEIKO NPC CORPORATION - 13 SM3322ARA VSS REF A0 A1 A2 OUT SM3322ARA IC A8 DATA OE CLK SE VDD DATA OE CLK SE VDD VSS REF A0 A1 A2 OUT SM3322ARA IC A2 DATA OE CLK SE VDD VSS REF A0 A1 A2 OUT SM3322ARA IC A1 DATA OE CLK SE VDD SM3322ARA IC B8 VSS REF A0 A1 A2 OUT DATA OE CLK SE VDD SM3322ARA IC B2 VSS REF A0 A1 A2 OUT SM3322ARA IC B1 VSS REF A0 A1 A2 OUT DATA OE CLK SE VDD CPU ADC ADC ●回路例 2 9 個以上を並列にする場合 タイミングチャート OE(A) OE(B) SE(A) SE(B) IC A1 IC A8 IC B1 IC B8 IC A1 DATA IC A2 IC A3 IC A1 IC A2 IC A3 CLK (光照射) (OFF) (ON) Rti OUT(IC A1) (Hi-Z) OUT(IC A2) (Hi-Z) OUT(IC B1) (Hi-Z) OUT(IC B2) (Hi-Z) SEIKO NPC CORPORATION - 14 SM3322ARA ※この資料に記載されている商品のご使用に際しては、次の点にご注意くださいますようお願い申し上げます。 1.この資料に記載されている商品は、パーソナル機器・工作機器・計測機器などの一般的な信頼性を必要とする電子機器および電気機器に使用 されることを目的として設計・製造されたものであり、航空宇宙機器・原子力制御機器・医療機器・輸送機器・防災機器・防犯機器などの極めて 高い信頼性・安全性を必要とする機器に使用されることを想定したものではありません。また、その故障または誤動作が直接人命に関わる商品 に使用されることを想定したものではありません。本資料の商品をこのような機器に使用するご希望がありましたら、必ず事前に当社営業部まで お問い合わせください。 なお、事前のご相談無しに本資料の商品をそのような機器に使用され、そのことによって発生した損害等については、当社では一切の責任を 負いかねますのでご了承ください。 2.この資料に記載されている内容は、商品の特性や信頼性等の改善のため予告なしに変更されることがありますので予めご了承ください。 3.この資料に記載されている内容については、その商品の使用に際して第三者の知的財産権その他の権利を侵害していないことを保証するもの ではなく、また、その実施権の許諾が行われるものでもありません。したがって、その使用に起因する第三者の権利に対する侵害について 当社は責任を負いかねますのでご了承下さい。 4.この資料に記載されている回路等の定数は一例を示すものであり、量産に際しての設計を保証するものではありません。 5.この資料に記載されている商品の全部または一部が外国為替及び外国貿易法その他の関係法令に定める物資に該当する場合は、それらの 法令に基づく輸出の承認、許可が必要になりますので、お客様にてその申請手続きをお願いいたします。 セ イ コ - N P C 株 式 会 社 本社・東京営業所 〒104-0032 東京都中央区八丁堀 1-9-9 TEL 03-5541-6501 FAX 03-5541-6510 那須塩原事業所 〒329-2811 栃木県那須塩原市下田野 531-1 TEL 0287-35-3111(代) FAX 0287-35-3120 関 西 営 業 所 〒550-0004 大阪市西区靭本町 2-3-2 TEL 06-6444-6631(代) FAX 06-6444-6680 http://www.npc.co.jp/ Email: [email protected] ND14019-J-00 2014.11 SEIKO NPC CORPORATION - 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