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晶体应用基础知识石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理

1、石英晶体振荡器的结构

石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。2、压电效应

若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

3、符号和等效电路

石英晶体谐振器的符号和等效电路如图2所示。当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。4、谐振频率

从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。

根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线如图2e所示。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。

二、石英晶体振荡器类型特点

石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：普通晶体振荡（SPXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。目前发展中的还有数字补偿式晶体振荡器（DCXO）等。

普通晶体振荡器（SPXO）可产生10^(-5)～10^(-4)量级的频率精度，标准频率1—100MHZ，频率稳定度是±100ppm。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，价格低廉，通常用作微处理器的时钟器件。封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。

电压控制式晶体振荡器（VCXO）的精度是10^(-6)～10^(-5)量级，频率范围1~30MHz。低容差振荡器的频率稳定度是±50ppm。通常用于锁相环路。封装尺寸14×10×3mm。

温度补偿式晶体振荡器（TCXO）采用温度敏感器件进行温度频率补偿，频率精度达到10^(-7)～10^(-6)量级，频率范围1—60MHz，频率稳定度为±1～±2.5ppm，封装尺寸从30×30×15mm至11.4×9.6×3.9mm。通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。

恒温控制式晶体振荡器（OCXO）将晶体和振荡电路置于恒温箱中，以消除环境温度变化对频率的影响。OCXO频率精度是10^(-10)至10^(-8)量级，对某些特殊应用甚至达到更高。频率稳定度在四种类型振荡器中最高。

三、石英晶体振荡器的主要参数

晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。不同的晶振标称频率不同，标称频率大都标明在晶振外壳上。如常用普通晶振标称频率有：48kHz、500kHz、503.5kHz、1MHz～40.50MHz等，对于特殊要求的晶振频率可达到1000MHz以上，也有的没有标称频率，如CRB、ZTB、Ja等系列。负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一致，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。频率精度和频率稳定度：由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有一定的频率精度和频率稳定度。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。稳定度从±1到±100ppm不等。这要根据具体的设备需要而选择合适的晶振，如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。因此，晶振的参数决定了晶振的品质和性能。在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格不同，要求越高价格也越贵，一般选择只要满足要求即可。

四、石英晶体振荡器的发展趋势

1、小型化、薄片化和片式化：为满足移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短小的要求，石英晶体振荡器的封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变。例如TCXO这类器件的体积缩小了30～100倍。采用SMD封装的TCXO厚度不足2mm，目前5×3mm尺寸的器件已经上市。

2、高精度与高稳定度，目前无补偿式晶体振荡器总精度也能达到±25ppm，VCXO的频率稳定度在10～70℃范围内一般可达±20～100ppm，而OCXO在同一温度范围内频率稳定度一般为±0.0001～5ppm，VCXO控制在±25ppm以下。

3、低噪声，高频化，在GPS通信系统中是不允许频率颤抖的，相位噪声是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。目前OCXO主流产品的相位噪声性能有很大改善。除VCXO外，其它类型的晶体振荡器最高输出频率不超过200MHz。例如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器，其频率为650～1700MHz，电源电压2.2～3.3V，工作电流8～10mA。

4、低功能，快速启动，低电压工作，低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势。电源电压一般为3.3V。目前许多TCXO和VCXO产品，电流损耗不超过2mA。石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。例如日本精工生产的VG—2320SC型VCXO，在±0.1ppm规定值范围条件下，频率稳定时间小于4ms。日本东京陶瓷公司生产的SMDTCXO，在振荡启动4ms后则可达到额定值的90%。OAK公司的10～25MHz的OCXO产品，在预热5分钟后，则能达到±0.01ppm的稳定度。

五、石英晶体振荡器的应用

1、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路，其频率精度决定了电子钟表的走时精度。石英晶体振荡器原理的示意如图3所示，其中V1和V2构成CMOS反相器石英晶体Q与振荡电容C1及微调电容C2构成振荡系统，这里石英晶体相当于电感。振荡系统的元件参数确定了振频率。一般Q、C1及C2均为外接元件。另外R1为反馈电阻，R2为振荡的稳定电阻，它们都集成在电路内部。故无法通过改变C1或C2的数值来调整走时精度。但此时我们仍可用加接一只电容C有方法，来改变振荡系统参数，以调整走时精度。根据电子钟表走时的快慢，调整电容有两种接法：若走时偏快，则可在石英晶体两端并接电容C，如图4所示。此时系统总电容加大，振荡频率变低，走时减慢。若走时偏慢，则可在晶体支路中串接电容C。如图5所示。此时系统的总电容减小，振荡频率变高，走时增快。只要经过耐心的反复试验，就可以调整走时精度。因此，晶振可用于时钟信号发生器。2、随着电视技术的发展，近来彩电多采用500kHz或503kHz的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源，经1/3的分频得到15625Hz的行频，其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜，更换容易。

3、在通信系统产品中，石英晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现，同时也得到了更快的发展。许多高性能的石英晶振主要应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等。晶体谐振器简介石英晶体原理介绍：石英晶体的工作原理：压电效应：沿某些晶体的特定方向施加压应力作用时，晶体产生形变，同时产生电极化，其极化强度与压力成正比，称之为正压电效应；反之，在电场作用下，晶体产生应变，应变大小与场强成正比，称之为负压电效应。压电效应的原理是：外力作用下晶格变形引起正负电荷中心分离而产生的。施加应力时，在一个方向上产生脉冲电流，取消时，在相反方向产生。2．稳频原理：石英晶片是弹性体，有其固有频率，同时又由于其为压电体，当外加电场的交变频率与石英晶片的固有频率相接近时，由于负压电效应，石英晶片产生机械谐振，此时振幅最大，阻抗最小,电流最大。若外加交变电场的频率偏离石英晶片的固有频率时，阻抗迅速增大,电流也随之迅速减小,故其有很好的稳频(对频率的选择)作用。5．谐振等效工作电路：石英晶片经过被电极，上架、封装即成为压电谐振器。当外加电场的交变频率与石英晶片的固有频率相接近,且外加电压的角频率ω等于石英机械振动的固有谐振角频率ω时(取决于石英晶体的几何尺寸和切型),晶片产生机械谐振，弹性振动通过压电效应与路相耦合,其效果等于由L1，C1，R1的串联臂和C0并联组成的谐振回路。此时机械振动的幅度最大，相应地晶体表面所产生的电荷量最大，外电路中电流最大。斜石英申晶体假的使辱用：搞石英仗晶体处谐振喷器的蒸使用填回路弱：痒吼在警振荡宽电路曲中，贫石英捡晶体悠谐振掠器作贯为电昌感使生用，谢与负呢载电积容构馆成实湿质上唐的L罚C振桑荡电贝路，断这一正电路戚称为鹊哈特味莱电设路。扑振荡瓣电路守的起染振条挠件浙电路别相应约构成毅1挠正反瑞馈条妹件：顿相位查角为低36聋0随O滚，产简生正拐反馈午回路山振荡雕电路鹿为哈窑特莱翅电路哄2粗起振根时，趣放大攀器的亿放大尝倍数世>1地反馈扰回路丑，谐蜻振器瓜作为睛电感烈，与师负载而电容飘构成樱LC乳路迈3肯有选烛频网掌络赚选频字元件喂为谐押振器励4次有由问非线凑性元孔器件子组成荡的限棋幅电魂路侦负阻仍抗-蝴R席屯辆启在第钓一个犹起振默条件忍中,限由于匹谐振餐回路心不是伶理想耍矩形洲,故摸存在垒不均药匀性叔,具碰有一翠定频萄带的沉信号寺作用决于回正路时浸,回闸路的壳电流护或回细路端咱电压胞频率重失真佳(在椅通频寸带范誉围内裤产生洋的频附率失示真被霜认为茂是允洁许的略).匪同样塑,由裹于回死路的阶电流嫂或端保电压炒对各圈个频山率分答量产眯生的阶相位远移不锐成线序性关佳系,怖故不鸣可避很免地堪产生善相位岩失真背,这燥是谐敢振回陆路的缎相频肚特性浮,此袭特性汇不仅猴仅与爬谐振饮器条面件有掩关，殊还与高振荡辉电路蹈本身卵有关拘。定负载已电容新特性折：皇谐振坚器工洁作频蔽率范赠围：四串联恒时,汗L1有和C穗1的统电抗炮值相婶等且把符号上相反漂。F档s气=(茅1/融2欲π计)*每(L话1*毁C1盛)乳1/承2模.只量有在券F胜s草和F极p之殿间的足阴影回区，奋谐振朋器方州表现毒为感扣性，证可组仇成振泳荡回首路。怕振荡缩电路颗是等哑效电域路是坚由负拒阻抗绳-R斩和电瑞容C面L构庙成的励，C棍L是翼由石资英晶喝体谐塘振器讨两端魔向振次荡器尸看的胜有效挺电容缴量，猫通常棉称为费负载鞋电容磨。雄F意s红和F埋p之躲间的嘱间隔牧代表源石英漏谐振炊器的云可调馋带宽炮,通剪过C拦L可眨使晶雷体工熔作在偏F诉s毁和F猫p之窄间的典某一抱点,艺谐振端器在涂这一誓区域纸呈现老感性匙，谐目振器绕与负抛载串妥联后亮,F晃L=统FS音{1狭+[氏C1客/(构C0池+C脏1)豆]}石.切3.弯激励纽功率刺依赖删性厘昆激励沫功率某偏小技时，银信噪妻比下勉降，勤谐振杠器不遥易起纱振，角其短卖期稳夸定性切和可可靠性疮下降丽；激觉励功脚率偏耍大时裳谐振棉器中编晶片陪温度黑上升棵，频拔率稳嗽定度絮下降准，且须由于宾激励蚊功率眨偏大溪，可绳能引管起机隶械形席变超爸过弹破性限霉度使辫晶格侮产生沾永久拨位移惧，甚兔至产军生不卸振，颤同时盗阻抗观上升未，温阔度频妨差和坛温度夹阻抗夺不稳懒定。腿半导荐体回灯路需蜂要的锋正常捧工作恳激励简功率届日益住减小千，一杜般而言言，膜谐振剃器的悼激励们功率允以等0.慢1m越w扶为佳供。互随红着激烧励功减率的差上升熟，谐右振器邻的频资率也昂不断苏上升宣。州4.甩寄生浪响应耳余饭所瓦有的跑石英祝谐振裙器都竞有寄悦生响统应（汗主振瞒频率范之外衬的非办需要洲频率絮），挎寄生杀响应缠的频躲率值炮高于忍主振棕频率竖，但圾其振轻幅比脾主振吵频率邻小。织寄生炼响应佛的大约小用扎公式秤An日w=网Ig买(R习NW洲/R蛋r)赌表示首。对吧于谐塌振器馆而言防，通接常寄害生响觉应的储大小企要求靠在3喉-6蛾D蜂B，纲而滤州波器土则要珠求大径于4闹0厘D仪B，毒这要锋求一示些特债殊的液技术异参数服包括但具有松很小雷的C萝1值油。坟牵随乳着频铁率的馆上升楚和泛波音次免数的肢增加离，寄梢生响桌应减塌小。累因此拥在应怜用晶挨体谐监振器次时应影对其趟匹配闷的电程容进锦行确链认，宾一般亭IC诊厂家贫都会鸽在给邮出典犁型电葬路的象同时内也给检出晶坝体的搂规格肤及负矿载要偷求，起只不盒过杂培散电收容的地影响挽会造火成频首率的批漂移宏和相能位的什不稳狭定，玻所以抱晶体需也要辩做出圆相应氧的更零改，矿因此驳在使睬用前贿要进孩行匹修配测阻试，绸主要缘有几爱个注雾意要卵点：炉激励三功率招的确版定，喂在电导路中厦IC仿提供琴给晶徒体的城激励暗大小青直接押影响蔽到晶洲体工苏作的阔稳定顽性，姓激励拌过大毫会导略致晶没体共声振的斑破坏港或蒸块镀电送极的躬蒸发盖，频因率漂愿移或具晶体例损坏象；样最佳母电容醒值的毒确定翼，保陷证精羞确的热频率招输出呼；贵负性袄阻抗盈的测羊试，燥如果立负阻膛过小拨，而略晶体稼谐振魂阻抗僵偏大座，则珍会造罗成晶墓体难圣起振距或工介作不升稳定方，负策阻至危少要仔在晶校体谐及振阻企抗的塌5-壳10励倍以瓣上。料注：塘在应沸用晶院体谐仍振器个时应畏由生榨产厂清家对涂其规扣格进街行确阅认，邀一般施IC锅厂家赶都会婆在给荒出典焦型电火路的拔同时猪也给你出晶敢体的窗规格啄及负板载要拿求，洽只不卷过杂王散电功容的像影响新会造炮成频少率的庸漂移舌和相板位的干不稳颂定，筒所以炮晶体零也要弃做出拖相应肯的更污改，丢因此序在使贡用前关要进倾行匹纱配测宣试，肢主要指有几沈个注阳意要欧点：证激励似功率茄的确弱定，应在电腔路中腐IC沈提供坐给晶皱体的展激励鄙大小瑞直接欢影响跑到晶副体工蒙作的唱稳定辉性，渗激励源过大困会导县致晶榨体共巾振的花破坏血或蒸泪镀电辞极的问蒸发都，频便率漂蛙移或钱晶体叛损坏思，对旅高频缓激励前大晶淘体应策考虑伙泛音费晶体详；缓最佳关电容服值的衰确定扬，保灾证精矿确的呀频率塌输出蚀；伪负性埋阻抗盏的测钓试，祝如果新负阻肤过小霉，而旧晶体桐谐振茅阻抗播偏大画，则显会造顿成晶暮体难赛起振猾或工管作不谜稳定拆，负捧阻至趣少要辫在晶集体谐震振阻击抗的皂5-忌10冰倍以猜上。膝了解枯今天嫩的可元编程被振荡筒器碰内容及-敬--盾-知慌道它油们的垄功能撑和应袜用将捧令您专更迅慨捷地铅评估围及选铲用合劈适的明可编辅程振阀荡器瑞归在加遇速产系品开笔发周显期和攀追求丛准时缴生产惨的时召代，安定时尿就是影一切欧。对寇一个奴设计录工程陷师或冠项目起开发核工程华师来蝴说，样几乎退没有愉什么虹事情怪比花碌六个味星期膨等待求一个超样机苹部件计更令倡人恼扩怒的她了，庄或许斧更糟膨的是膏，在记紧张徒的生余产过捉程中绣缺少叹一个家关键晋部件拌，而杯这个精部件宋恰好问是晶而体振宜荡器育。傅说到涛可编货程振左荡器榜，它蒙的最族大特相点是睬几分恋钟内终就能治定置械它的梁频率亿。这虽种“献一种堤型号识全部凭搞定瞧”器购件的拜诱惑鼓力是钞可想棉而知攻的。笼以单菜个多唐用途膝部件钩代替互库存焦几百聪种部江件的禁方式寒为设辆计者泄、承蠢包加针工厂漫和其杀它从赛事大吊批量图生产宪的电乌子公爱司带敲来巨吃大的射灵活甚性，抢并创款造出愤潜在否的节誓约效倾果。希章但是崖，切稍实可喉行地侄实现绕可编以程振忧荡器允替代礼固定赏频率榴元件酸只不腔过是约最近协才出坡现的他。象放每一炊种新咬兴技荒术一单样，茧可编趁程振禁荡器套也经蛾历了歼成长邮的磨额难。皱一致倾性问拉题就禽曾困柳扰了世整整竿第一止代设祝计产博品。五19待98匹年，受一家暮厂商峡风风仇火火句地推丈出了兄第二进代可袄编程丽振荡套器，结可由企于过罩高的词抖动泪使其让在一羡些对现噪声艳敏感死的应冰用中焰失败炎了。碍改幸亏夸关于泽可编尾程振慧荡器效可靠东性的么指责捏是完英全不击符合岔实际聋的，距除掉姻一些税特例礼，现鹅在的巷可编猪程振著荡器绩能满约足大嫁多数茅样机选的需泡要，市适合奖大多蚊数生笨产应糖用。谋了解断下列黑内容绒将有煎助于责各位昆工程控师充顶分享员用可膀编程叫振荡纪器拥断有的党几乎否是即房时交申货的着时间触优势等，并伏保证钻它能讨默默梢地、纱连续笋可靠迟地工幸作。废佣把抖泉动困诚扰降肚到最凡小君可编趣程振薄荡器解几乎隔在每雀一类位、每傻一项诉技术碑规范滥上都攻能与蔬固定辉频率庸的器侮件相葛匹敌汁，但有抖动吧（相替位噪仁声）惧却是洪个例裂外。华可编丑程器蔬件的扶抖动神有一晶部份藏来源录于编菜程过狐程，餐或者榴更具蓝体地裤说，木来源示于编蜘程算兼法。塘芽当算处法中葡用到固乘法言时，铁抖动锈值突词然显炊著增菊大，雀这主勒要是磁因为像抖动惯被乘勒上了脱编程坡算法税设置缩特定盘频率共时所青用的猜系数刚。虽丸然为礼了得校到所郑要的洲振荡凳器输鸦出频猪率，谊算法询中通室常既摄需要惑用到状乘法夫也需矩要用疮到除辽法，竟但除详法并突不加藏大抖云动。拾通过里把编骆程算千法的狐乘法迫系数迷减到粉最小效，来胶自可吓编程娃器件脏的相君位噪牌声可弯以做驾到和巩传统村的固群定频境率器孙件很腐接近忧，这枝主要欢是晶顶体及听振荡裁器电题路产呼生的诉抖动班。族Sa辞Ro扮ni凤x公版司已唇规范箱了类换似的范编程族过程惠。保北证可秤编程报振荡筐器的堤每件愁产品菜都具葵有稳割定一陡致的绳性能择——歪这也秩同样舍具有澡重要丧意义兰，S雕a迫Ro房ni坊x公后司通搬过采民用自校动设育计流吉程以塞保证左相同栋的编娱程算美法用夜于有誉相同笛输出灯频率宴的所虏有部惨件。英惹由于庭有了凑这样烈的技瓣术进赌步，茶现在科几乎复每个日电路切上都巾可采住用可充编程辩振荡择元件泳——哑甚至考可用席于通专信设柔备的昂某些间电路味中，势例如彻，X巧DS暗L调贵制解侄调器夸。虽霜然振效荡器党可能羽影响科一个役对抖格动敏啄感的水通信吐链路砖，但艰就在粘同一车块电缎路板宴上，额也可夏能有窄一个冈由振钢荡器商驱动薄的D货SP停芯片芽，这幕个芯荷片则独完全钩不受疼抖动蝶的影面响。裁午由于出自身裤研制蔬周期酸短，厉这些脉可编缺程振侄荡器爆能跟辣上保且证设勉计计抄划按谨期完散成的姨日程饶。尽贯管有惰这个叠灵活无性，惨但在政大批网量条怕件下述，固用定频规率的泻器件毕仍然底比较脉便宜听。另旷一方窑面，型在进养行样宁机生匆产时愚，可庙编程绩器件船要比堡固定愚频率离器件阶便宜通。痛因此满，精敬明的具战略餐是制天造样忘机的酬时候序在设冒计上扎采用企可编采程器万件来存验证偶电路惨，同飘时还帆把可怖编程莫振荡唉器作茫为生灾产后殖备部税件。疑随着妖设计债评价得的完拿成，挂再可胆以大界量生拆产特客定的幕固定吸频率歪器件刻以供悄批量茎使用币。篮凭借废可编毁程器掠件可招实现巧一种画高效恨益的俗保险归策略野，以朱解决岁生产赵中关疼键部追件短春缺的录问题赛。可防编程抵振荡茧器较隶短的计研制甘周期英使得如生产队部门宋能在荒大量芳订购刑通常麻所用谎的固韵定频豪率元究件之困前先肾采办吨替代筝部件从，这帅样就蒙无需统支付祝额外浴费用淋，只酸要在垮生产蔽最后翁期限葬迫近扒时迅喊速补睡充标苦准部刘件就腐行了理。驴虽乔然可格编程耻振荡漏器件岔不可袭能完铸全取汗代固垒定频嫩率振非荡器丹，但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