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(转)模拟集成电路设计小知识

热度 10已有 9079 次阅读| 2011-12-6 15:19

关于偶像拉扎维:

http://www.ee.ucla.edu/~brweb/

关于格雷:
http://kabuki.eecs.berkeley.edu/

关于艾伦:
http://users.ece.gatech.edu/~pallen/

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逛论坛久了,就整理了一点小知识,是来自微电子论坛的一些小知识哈,都是网友的们的问答了哈

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在用spectre仿ac时,所加的信号源vsin里有AC magnitude 跟Amplitude项,个人对这两个参数理解是:AC magnitude是指信号的有效值,若Amplitude为1.414V,则对应的AC magnitude应为1V,不知这种理解是否正确,请各位高手告知具体的含义,谢谢!

AC magnitude是用来进行AC分析的输入量,一般给1,AV--》db: 20lgAV
而Amplitude是进行瞬态仿真的交流正弦波信号峰峰值的一半。

我比较赞同后者的说法 峰峰值的 一半,也就是峰值。

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Assura是什么呀?

Assura 系列产品是Cadence 新一代深亚微米模拟和混合IC版图验证、寄生参数提取以及分辩率增强可制造性解决方案。它采用层次化、多处理器模式等多种专利技术大大提高系统验证的精度 和性能,还提供最佳的用户界面以快速定位和纠正错误,提高设计效率。Assura工具与Cadence 前端工具的原理图输入(virtuoso Composer), 模拟电路仿真环境(Analog Design Environment)以及后端的Virtuoso layout Editor完美集成,使其形成全定制IC从前端到后端完整的设计流程。

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请教:cadence中noise仿真中的几个参数的意义
在cadence噪声仿真后,print噪声结果也就是“noise summary...”菜单后,列出的表中有很多参数的意义不太明白(例如 fn , rd , id ,...)有哪位大虾给指点指点吧
困惑以久,不胜感激。

fn是闪烁噪声  rd是电阻热噪声 id 是管子热噪声

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Cgd和Cdg有何不同?
请教各位大虾,在Cadence中仿真结果分析时会有Cgd和Cdg,或者是Cgs和Csg的选项,那它们的值又不相等,请高手解释它们有何不同?

MOS管的四个极D、G、S、B共产生16各个不相同的电容,
在特定条件下可以忽略一些

Cgd 影响gate 这点得load
Cdg 影响feedforward zero.

Cgd represents the effect of the drain on the gate, and Cdg represents the effect of the gate on the drain, in terms of charging currents. There is no reason to expect that the two effects are the same in general.

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allen课本上甲类放大器的问题
有三个问题:
1.Psupply中包括Vss.IQ,IQ从VDD流出可以理解,但是不是所有的IQ都流入了VSS,还有一部分给了负载电阻,为什么
2.Vout(峰值)为什么为0.5(VDD-VSS)
3.Iout+为什么小于等于IQ,我觉得应该就是等于IQ

1.第一个问题不是所有的IQ都流过Vss,单对于外电阻我们是不知道其大小的,如果RL趋于无穷大,那么IQ就全部流过Vss,书上的算法用的是假设RL趋于无穷大,即最大功耗。
2.第三个问题因为有静态工作点,所以M1中一定要有电流流过,所以Iout一定小于IQ。

第二个问题:Vout的最大峰值为0.5(VDD-Vss)即输入为正弦波时,输出的振幅,这个电流IQ的设定也是为了使输出最大化,所需要的最小静态电流IQ。

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问CADENCE仿真运放的稳定性
作stb分析时probe instance是什么意思呀,运放跟CADENCE都是刚学,麻烦高手指点一下!

将增益波形和相位波形对比看,在0DB时得相位,然后用180减去它,大于60就表示稳定。

specture,是不是应该加个port,在输入端用port跟用vsin有什么区别呀?

看你仿的是开环增益,还是闭环增益了。
开环的话,直接在输入端接vac,然后仿ac性能就可以了。
闭环的话电路得接成一定的形式,参见allen的模拟电路设计。
似乎用pin也可以  不过我用电压源加的。

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请教:在cadence下怎么仿运放的相位裕度?
在cadence下仿运放,把运放做比较器来做,可是仿真结果怎么出不来正确的高低电平呢,而是个正弦波呢?问题出在什么地方呢?

我是在spectre上跑的,
两级运放,加了补偿电容,
加小信号源(正弦波)到输入端,作ac扫描,result,direct plot,gain&phase就出来了,在0db的地方,180-对应的角度=相位裕度。

Allen那本书的P250页(中文版)有如何仿运放的方法,去看看就是了。两级运放增益应该比较大,不该直接加小信号仿的。

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阈值电压问题
用 level49模型的.lib文件进 行反相器的静态工作点的分析,电路中PMOS管的源极接Vdd,NMOS管的源极接地,得出的NMOS管的阈值电压比模型中表的Vth0的高0.1V左 右,PMOS管的阈值电压比模型中的低0.1V左右,百思不得其解,为什么在源体电压的情况下,得出的Vth与模型中的Vth0不同呢。

阈值电压会随着沟道长度、宽长比等因素变化,从模型的阈值电压计算方法看,它是没有加入沟道长度、宽长比的啊,另外他们的温度也的设为25。

vth0 只是起始值而已。bsim3 model 里面有许多参数加进二阶效应。
如果感兴趣可以研究bsim3 model 的材料,没啥太大必要管这个。
Vth is strong function of channel Length for short channel device。

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怎么用mos管做电容
我想用mos管做电容,漏栅源应该怎么接了?

一般情况下MOS在集成电路的制造过程中没有作为电容
但是在解题目的时候会用到MOS的
在这里,由于电容要有绝缘部分
所以用栅做一个极板,就是栅上的金属做电极板
下面的导电能力强的N,P区做另一个接纳电荷的极板
这样,源漏就必须连在一起,并且要保证GND的最负性
所以源漏和GND一起接在一起

根据拉扎维书上的图可以看出来。
积累区和强反型区电容值大。
一般强反型区电容值随电压的变化小一些。所以一般用在这个区。
PMOS gate接一端,衬底接VCC
NMOS gate介意端,衬底接GND
一般只能做滤波用吧。
当频率在1KHz以上电容值开始下降,
刚开始用,还请大牛指出一般最高可以用到多高频率。
但是各个foundry的model好像都没有给出模型,无法仿真出来。


之前,写于BBS

前几天献丑发了一篇关于电子科学与技术的帖子,现在再写一点关于其学习方面的东西啦。俺滴水平也不咋滴,如果说的不好,大家不要给板砖哈。

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因为是做ANALOGIC滴,所以在一方面在说一下咧。

电子科学与技术作为一级学科,到了更高阶段分为:微电子学与固体电子学、电路与系统等几个二级学科。现实中,二者之间的区别不像概念上那样明确,微电子始终是本学科一路传承,但是电路与系统在不同学校所侧重的方向差别很大。有的学校电路与系统还是微电子,比如东南;有的学校电路与系统其实是通信,比如交大。电子科学与技术(微电子)可以分为理学和工学两个方向。打个比方,所有的电子产品看成是人体,那么集成电路/芯片就是大脑。理学方向就是在研究大脑的分子组织结构,工学方向就是在思考如何由无倒有地设计一个大脑。

理学方向主要研究半导器件体材料,芯片制造等微电子电路物理层面上的东西,我们俗称做器件,以吉大、山大和北大等为强。在中国IC行业,做器件就业面相对窄些,此方向的学生去研究所和代工厂的很多。

工学方向主要研究集成电路设计、测试验证等,我们俗称做设计,以清华啊、复旦、哈工大、天大等等为典型。纯正的集成电路设计包含数字IC和模拟IC两个方向,它们拥有各自不同的应用领域,一般数字IC的器件密度在平方毫米上可以达到千万和亿的数量级,模拟IC则低几个数量级。

数字IC基本上就是写代码编程序,然后用软件自动把代码转换成所设计的物理级的电路。做数字吃的是年轻饭,随着年龄的增大设计电路就越发困难了,而且非科班出身的学生也可以转到数字IC上去,像计算机专业的人就有很多。因为数字IC Design需要很强的逻辑性和反应性,所以数字集成电路工程师都是一些才华横溢的人物。像俺这种反应稍显迟钝的人因为直觉感性敏锐,所以就是天生滴从事模拟IC的咧。

模拟IC继承了传统电路设计的精髓,设计者利用设计软件工具,计算参数布局电路元器件来完成一个电路。做模拟IC靠得是经验和耐力,且越老越吃香,通常培养一个合格的模拟IC工程师要十年的时间,本科刚刚毕业就想从事设计工作基本不可能。曾经看过这样一句话,模拟工程师的基本工具就是:一支铅笔,一个计算器,一张草稿纸和一台计算机。

模拟IC具体可以分为射频集成电路设计,数字模拟混合集成电路设计AD/DA和常规模拟集成电路设计等几个方向。俺现在做的东西就是AD芯片设计。

按照大师拉扎维的说法,模拟IC工程师三要素就是:工程师的直觉,数学家的严谨,艺术家的创造力。

做模拟集成电路设计,在学好至少学过《半导体物理》、《双极性晶体管与金属氧化物场效应管》和《集成电设计基础》基础之上,就可以逐渐进入模拟IC世界了。这里有一点要特别说明的,大家要学的公共课《模拟电子技术》对模拟IC设计者极其极其极其重要,甚至超过了上面所说的三门课。这门课学不好的话,在模拟IC入门时会极其痛苦,而你所作的只能是重新从书堆里找出《模电》从头恶补再看,俺就在这上面载了大跟头,吃了大亏,耗费了大量时间和精力。

对于喜欢模拟IC的同学来说,大四毕业设计所选定的课题就大致定向了,如果你做模拟IC的课题,可以算是开始在这个方向开始入门了。

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关于教材方面的东西。

做模拟IC的人都知道三本圣经:1.《模拟CMOS集成电路设计》,拉扎维著;2.CMOS模拟集成电路设计》,艾伦著;3.《模拟集成电路分析与设计》,格雷著。

拉扎维和艾伦的教材是最受欢迎的两本,二者各有所长,Razavi注重理论讲解,Allen注重工程实用性。拉扎维的中文版是西交大陈规灿教授翻译的,无论是翻译水平还是书的印刷质量都堪称一流,所以一般老师都会推荐这本书给入门者。但是在研究生阶段,这两本是缺一不可的,两者相互配合是最佳的使用方式。

至于格雷的书,堪称经典中的经典,不过因为北航翻译的中文版实在太烂,英文版阅读效率又低,所以受欢迎程度稍逊。但是格雷却是三者中学术成就最大水平最高的,是大师中的大师。模拟IC中恩个大牛级、牛犇级、大师级水平的人物皆出其门下,比如鲁汶天主教大学的欧洲模拟IC圣人Sansen

貌似小罗老师会给大家开设一门课专门教授拉扎维的《模拟CMOS集成电路设计》,不俺没赶上哈。

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简单介绍下三大圣人啦。嘻嘻。

毕查得.拉扎维Behzad Razavi)现任教于著名的加州大学洛杉矶分校(UCLA),他是近十几年来世界上模拟IC领域中冉冉升起的一颗耀眼巨星,自从95年开始编写《Principles of Data Conversion System Design》开始至今已经出版了7本专著,涵盖了从数模混合数据转换到光通信集成电路设计各个方向,他是门门通,样样精。而他所写的论文,数量多得我都搜不过来数不完。

拉扎维主页:http://www.ee.ucla.edu/~brweb/

艾伦Phillip Allen)现任教于佐治亚理工学院,有着丰富学术知识和工业界经验,他每年都会开设模拟IC设计的短期培训课程,所以能够及时地把自己的研究成果传达给从事一线设计的工程师。从他个人主页和实验室主页上,看到现在他主要的研究方向是射频(RF)和低功耗电路的设计。

艾伦主页:http://www.aicdesign.org/  http://users.ece.gatech.edu/~pallen/

格雷Gray)现任教于更著名的加州大学伯克利分校(Berkeley),格雷作为大师中大师,其地位之高水平之强荣誉之多,自不必说了。

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接着捏,给大家推荐几个比较好的微电子论坛:

微电子顶级论坛:http://www.eetop.cn/

EDA电子论坛:http://www.edacn.net

国际电子联盟:http://www.edaboard.com/

电子工程师论坛:http://www.designers-guide.org/

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最后跟大家说一下哈,俺有一个公开的邮箱,是用来在论坛里上传资料用的,存放了恩多资料,诸如拉扎维、艾伦等教材电子版,集成电路设计工具Cadence软件的使用教程等等都很多东西。为了保持邮箱的纯粹性,这里就不公开了哈。如果你需要什么资料的话,就给额滴这个邮箱razavi@126.com写个邮件,额会告诉你邮箱号和密码。

好啦,要说的就这些了。最后借用网友的一句话作为结束哈:向所从事领域的最强音看齐,可能无异于痴人说梦,但毕竟长夜漫漫,偶尔做做梦又何妨!况且哪一天梦想成真也未为可知!看大师是怎样炼成的,或许这才是关键所在。



写在BBS,结束篇。

想到在五年前大一刚刚入学时,自己对于所学专业的了解很少,仅仅是从报考指南上获取了一些印象,偶尔从别人那里听来一点点东西,甚至到了大三还搞不清楚集成电路到底是一个什么样子的东西,那时候从专业课里得到的零碎信息和老师偶尔的畅谈,构成了俺对电子科学与技术的所有印记

写这个帖子,只是把额已经知道和了解的东西介绍给大家,让大家对咱们专业有所熟悉和把握,能够为以后自己对专业的进一步认知有所小小的参考。因为额才疏学浅,写的东西不可能完全准确,帖子里某些内容,可能有点枯燥,有些东西甚至让大三大四看会更加好理解些。8过,大家凑合着看就行了,不对的地方,还请你多多指出哈

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什么是电子科学与技术或集成电路?

本科学习电子科学与技术是大家今后进入集成电路殿堂的第一步,只要一路走下去,始终如一地坚持,你就是IC人了。电子科学与技术基本上可以理解为集成电路工程,包含了集成电路的设计、验证、测试和制造等步骤。

首先说几个专业术语:集成电路ICIntegrated Circuits),数字集成电路DICDigital Integrated Circuits),模拟集成电路AICAnalog Integrated Circuits)。

那么什么是集成电路呢?简单的讲,就是把分立的元器件(MOS管、BJT管、电阻、电感、电容等)集成制作到一块半导体晶片上去。硅元素是最主要使用的半导体材料,半导体材料作为集成电路的载体和组成部分,所以集成电路产业又被成为半导体行业。

在现代集成电路技术的支持下,一平方毫米的硅片上可以集成几千到几百万个元器件,每个元器件的尺寸以微米和纳米来衡量。

这 里以收音机作为例子来说明集成电路的特点,可能不尽准确,但道理是相同的。打开老式的收音机可以看到焊接了很多电容、电阻等元件的印刷电路板,而在集成电 路技术的使用下,就可以把这块印刷电路板集成制作到几平方毫米的芯片上去,大大减小了体积,而且极大地减少了功耗,便于制作更加便携和精巧的产品。

集成电路的存在形态就是我们熟悉的芯片,凡是电子产品都必须拥有芯片,就像所有动物都必须具有大脑一样,可以说芯片无处不在,芯片决定一切。

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什么是电子科学与技术或集成电路?

本科学习电子科学与技术是大家今后进入集成电路殿堂的第一步,只要一路走下去,始终如一地坚持,你就是IC人了。电子科学与技术基本上可以理解为集成电路工程,包含了集成电路的设计、验证、测试和制造等步骤。

首先说几个专业术语:集成电路ICIntegrated Circuits),数字集成电路DICDigital Integrated Circuits),模拟集成电路AICAnalog Integrated Circuits)。

那么什么是集成电路呢?简单的讲,就是把分立的元器件(MOS管、BJT管、电阻、电感、电容等)集成制作到一块半导体晶片上去。硅元素是最主要使用的半导体材料,半导体材料作为集成电路的载体和组成部分,所以集成电路产业又被成为半导体行业。

在现代集成电路技术的支持下,一平方毫米的硅片上可以集成几千到几百万个元器件,每个元器件的尺寸以微米和纳米来衡量。

这 里以收音机作为例子来说明集成电路的特点,可能不尽准确,但道理是相同的。打开老式的收音机可以看到焊接了很多电容、电阻等元件的印刷电路板,而在集成电 路技术的使用下,就可以把这块印刷电路板集成制作到几平方毫米的芯片上去,大大减小了体积,而且极大地减少了功耗,便于制作更加便携和精巧的产品。

集成电路的存在形态就是我们熟悉的芯片,凡是电子产品都必须拥有芯片,就像所有动物都必须具有大脑一样,可以说芯片无处不在,芯片决定一切。

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集成电路及其设计的分类。

集成电路的终极目标是制造出一块完美的芯片,其产生的每一个步骤都至关重要,但是集成电路的设计是这一过程的核心步骤。

咱们学校也是以培养设计人员为主,所以这里着重介绍设计上的东西。

集成电路设计大体上可以分为数字集成电路设计和模拟集成电路设计两大类。为了具体说明两者的特点以及联系和区别,这里先举一个典型的信号处理系统的例子。一个完整的信号处理系统或电子产品,其示意结构如下:


信 号被定义为电压、电流或这电荷等可量值,反应了事物物理层面的行为或者状态,它分为数字信号和模拟信号。声音、图像、视频、压力等自然界所有的现象都是模 拟信号,它在时间轴上是连续的。对模拟信号进行某些特定点的采样取值后就得到了数字信号,它在时间轴上是离散的。数字信号只有两种状态,即高电压用1来表示,低电压用0来表示,所以数字信号不是0就是1,从而具有很强的规律性。

顾名思义,数字集成电路处理数字信号,模拟集成电路处理模拟信号。

集成电路设计是由待解决的特定问题到构思一个相应电路的创造性过程,大致上可以有以下几个步骤。

1.确定方案

2.电路设计

3.仿真优化

4.版图设计

5.制造

6.产品测试验证

由于数字信号具有极强的规律性和离散性,计算机辅助设计(CAD)在数字集成电路设计上已经取得相当完美的成功。但是对于模拟集成电路设计来说,仍需在软件工具的辅助下进行“手工”设计。

数字IC设计者只需要负责第123个 步骤即可。而且在电路设计的过程中,他们不需要考虑电路拓扑结构的具体实现形式,而是在确定方案的约束下,使用硬件描述语言,以编写代码的方式,进行行为 级描述。设计完成后,把代码以特定格式的文件交给后续人员,然后进行电路的生成以及版图的绘制等,直到交付生产线制造出芯片。

模拟IC设计者需要负责第1234个步骤。而且在电路设计的过程中,他们不能像数字IC设计者那样子只通过行为描述就能够完成电路设计,而是必须在EDA软件辅助下“手工”完成电路结构设计,并且版图的绘制也是由他们亲手完成。可见,模拟IC设计者要掌握从半导体器件到电路理论再到版图绘制各个方面的知识,这对个人来说是一项很艰巨的任务。曾经有许多人致力于模拟IC设 计自动化的研究,希望像数字设计者那样只通过行为描述的方式就能完成电路的设计,但是令人遗憾的是这些努力都没有成功。因为模拟信号是连续的、不规律的, 这一特性致使模拟集成电路复杂、多变和敏感。所以从事模拟集成电路设计依赖于更多的经验、更深厚的电路知识、更敏锐的猜想和更大胆的创造力。

现在反馈到典型的信号处理系统中,结合这个例子,讲述模拟IC和数字IC的区别和联系。

自然界中的模拟信号经过模拟集成电路的预处理后,通过AD模数转换电路传递给数字处理中心进行数据处理,然后在通过数模转换电路变成模拟信号,最终以图像、视频等等直观的形象展示给我们。

由于结构规律、单元电路简单、设计过程简洁、适合超大规模集成和制造成本低,数字集成电路已经成为现代电路的主要实现模式。比如电脑的中央处理器、内存条的芯片等等。

但是,模拟集成电路是无法替代的,它是数字信号和模拟信号之间的必经接口,也作为某些特殊用途的专用电路。比如通讯信号发射和接受、图像显示、视频接收等等。

一块芯片,可以是单纯的模拟集成电路,可以是单纯的数字集成电路,也可以是数模混合的集成电路,这取决于具体的应用。

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集成电路产业的情况。

集成电路工程是如此复杂和庞大,以至于不是一个人一个团队或者一个公司就能够完成的。所以IC行业分为了设计公司和制造公司甚至测试公司等几大类。

设计公司只负责集成电路设计的核心步骤,资金投入相对较少。

制造公司又称“代工厂”,负责芯片的生产、测试和工艺线的开发,资金投入十分巨大。通常一个代工厂的建立资金从几亿到几十亿美金不等,这种巨额的投入超过了其他任何行业。

设计公司和制造公司是相互促进和依赖的,前者从后者获取工艺指标,在此条件下进行电路设计;后者不断的研发新工艺新技术来满足前者设计更高性能电路的要求。

芯片制造要求绝对纯净的环境,空气中一粒尘埃对集成电路来说,等同于一枚可以炸毁整条街道的重磅炸弹。代工厂在超净空间上的投入是极其巨大的,在《芯片制造》这本教材中有详细的描述,大家学这门课时会看到滴。

在我国,无论是设计公司还是制造公司,其位置分布都具有很强的集中性,它们大多在京津地区、长三角地区、珠三角地区、西北的西安、西南的成都和东北的大连等。

在世界范围内,著名的集成电路企业比比皆是,各个如雷贯耳,像数字的英特尔、AMD等,模拟的德州仪器(TI)、国家半导体(NS)、模拟器件公司(ADI)等。在中国,比较有名的企业有大唐微电、华大、海思、同方、华微和中芯国际等等。

关于著名的微电子企业,就不多说了,大家在网上一搜索能够搜出一箩筐来。

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随着对电子科学与技术专业的不断学习,大家会知道更多相关的知识的,你会慢慢地越来越喜欢这个专业滴。

额知道滴关于咱专业的东西,以这个帖子作为结尾篇,基本上都说完了,希望你喜欢哈。

好了,就这样子了先。

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附:形象展示数字IC和模拟IC设计者,在电路设计时实际操作的对象:

模拟IC设计者,架构一个基准电路,不断调试结构和参数。

数字IC设计者,编写一段代码,以描述电路。

 

http://wenku.baidu.com/view/8b87c37101f69e3143329485.html

8

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刚表态过的朋友 (8 人)

发表评论 评论 (9 个评论)

回复 icboy 2012-4-22 08:59
向楼主学习
回复 月星 2015-11-3 14:39
学习,学习
回复 大橙子 2016-10-5 12:58
:loveliness:
回复 gddong 2023-7-25 13:05
感谢分享
回复 qizhiwei 2024-1-12 15:15
不错,感谢分享

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