(57)【要約】【課題】電流変化によるスパイクノイズの発生が無く、他の回路の特性劣化を防止可能なチャージポンプ回路を提供すること。【解決手段】本発明に係るチャージポンプ回路は、夫々がコンデンサを有し、互いに並列に接続された複数のチャージポンプ部と、複数のチャージポンプ部の共通接続された電源端子に接続された電流源と、電流源が共通接続された電源端子に供給する電流量を出力端子における複数のチャージポンプ部からの出力信号に基づいて制御する、複数のチャージポンプ部の共通接続された出力端子に接続された制御回路を備える。常に、少なくとも一つのチャージポンプ部において、電源端子を介する電流源からの電流をコンデンサに供給する。【選択図】図３
2013192438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャージポンプ回路において、
夫々がコンデンサを有し、且つ、互いに並列に接続された複数のチャージポンプ部と、
前記複数のチャージポンプ部の共通接続された電源端子に接続された電流源と、
前記複数のチャージポンプ部の共通接続された出力端子に接続された制御回路であって、前記電流源が前記共通接続された電源端子に供給する電流量を、該出力端子における前記複数のチャージポンプ部からの出力信号に基づいて制御する制御回路と
を備えたことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】
前記複数のチャージポンプ部は夫々、前記コンデンサに接続された複数のスイッチ素子を備え、
前記複数のチャージポンプ部は、該複数のスイッチ素子が協働して開閉することで、前記共通接続された電源端子を介する前記電流源からの電流を分流して該コンデンサに供給するチャージ期間と該チャージ期間中に該コンデンサに蓄積された電荷を前記共通接続された出力端子を介して負荷へ転送するトランスファ期間を交互に繰り返すように動作し、ここで、常に、前記複数のチャージポンプ部のうち少なくとも一つのチャージポンプ部が前記チャージ期間において動作している、
ことを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
【請求項３】
前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記共通接続された出力端子における前記複数のチャージポンプ部の出力電圧に基づき制御することを特徴とする請求項１または２に記載のチャージポンプ回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記出力電圧が所定の基準電圧に従った一定電圧になるように制御することを特徴とする請求項３に記載のチャージポンプ回路。
【請求項５】
前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記出力端子から流れる負荷電流に基づき制御することを特徴とする請求項１または２に記載のチャージポンプ回路。
【請求項６】
前記制御回路は、前記負荷電流を電圧に変換し、前記電流源の電流量を、該変換された電圧が所定の基準電圧に従った一定電圧になるように制御することを特徴とする請求項５に記載のチャージポンプ回路。
【請求項７】
前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記負荷電流が所定の基準電流に従った一定電流になるように制御することを特徴とする請求項５に記載のチャージポンプ回路。
【請求項８】
前記共通接続された電源端子は正電源端子であり、該正電源端子と正電源の間に前記電流源が接続されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のチャージポンプ回路。
【請求項９】
前記共通接続された電源端子は負電源端子であり、該負電源端子と負電源の間に前記電流源が接続されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のチャージポンプ回路。
【請求項１０】
前記共通接続された電源端子はグランド端子であり、該グランド端子とグランド電源の間に前記電流源が接続されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のチャージポンプ回路。
【請求項１１】
前記電流源の電流量は、前記共通接続された出力端子における、前記制御回路よる制御に従った出力電圧の変動に応じて変化し、該変化はスパイク状の変化を含まないことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のチャージポンプ回路。
【請求項１２】
前記電流源の電流量は、前記共通接続された出力端子からの、前記制御回路よる制御に従った負荷電流の変動に応じて変化し、該変化はスパイク状の変化を含まないことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のチャージポンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチャージポンプ回路に関し、特に詳細には、電流変化によるノイズの発生が無く特性劣化を防止可能なチャージポンプ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、入力電源にチャージポンプ回路が直接接続されていた。入力電源とグランドの間に流れる電流はチャージポンプ回路の動作によって変化するので、チャージポンプ回路の動作に従って、入力電源とグランドとにノイズが発生する。このため、チャージポンプ回路の動作に従った電流変動が、チャージポンプ回路と同じ入力電源に、あるいは同じグランドに接続されている他の回路の特性を劣化させる要因となっていた。
【０００３】
そこで、図１に示す従来のチャージポンプ回路１０２ではチャージポンプ部１，２，…，ｎを複数個、入力電源１０とグランドの間に並列接続し、各チャージポンプ部の動作によって入力電源とグランド間に流れる電流Ｉを分流させ、さらに分流した各電流Ｉ１〜Ｉｎが時間変化するタイミングをずらすことで、入力電源電位、グランド電位の変動を抑制し、ノイズの発生を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０２５６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、各チャージポンプ部の入力電圧端子に入力電源が直接接続されているため、図２のように、各電流Ｉ１〜Ｉｎが、各チャージポンプ部１，２，…，ｎの動作に従って、スパイク状に、急峻にまたは瞬間的に変化してしまい、入力電源からグランドに流れる電流Ｉを変動させ、入力電源、あるいはグランドにノイズを発生させていた。このノイズにより、チャージポンプ回路１０２と同じ入力電源あるいはグランドに接続されている他の回路（不図示）の特性を劣化させていた。
【０００６】
この発明の目的は、チャージポンプ回路において入力電源からグランドに流れる電流のスパイク状の変化を無くすことで、電源入力またはグランドにおけるノイズの発生を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
出願人が従来の問題の原因を解析して上記目的を解決するために案出した本発明に係るチャージポンプ回路は、夫々がコンデンサを有し、且つ、互いに並列に接続された複数のチャージポンプ部と、前記複数のチャージポンプ部の共通接続された電源端子に接続された電流源と、前記複数のチャージポンプ部の共通接続された出力端子に接続された制御回路であって、前記電流源が前記共通接続された電源端子に供給する電流量を、該出力端子における前記複数のチャージポンプ部からの出力信号に基づいて制御する制御回路とを備える。
【０００８】
好ましくは、前記複数のチャージポンプ部は夫々、前記コンデンサに接続された複数のスイッチ素子を備え、前記複数のチャージポンプ部は、該複数のスイッチ素子が協働して開閉することで、前記共通接続された電源端子を介する前記電流源からの電流を分流して該コンデンサに供給するチャージ期間と該チャージ期間中に該コンデンサに蓄積された電荷を前記共通接続された出力端子を介して負荷へ転送するトランスファ期間を交互に繰り返すように動作し、ここで、常に、前記複数のチャージポンプ部のうち少なくとも一つのチャージポンプ部が前記チャージ期間において動作することができる。
【０００９】
代替的に、好ましくは、前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記共通接続された出力端子における前記複数のチャージポンプ部の出力電圧に基づき制御し、より好ましくは、前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記出力電圧が所定の基準電圧に従った一定電圧になるように制御することができる。
【００１０】
代替的に、好ましくは、前記制御回路は、前記電流源の電流量を、前記出力端子から流れる負荷電流に基づき制御し、より好ましくは、前記制御回路は、前記負荷電流を電圧に変換し、前記電流源の電流量を、該変換された電圧が所定の基準電圧に従った一定電圧になるように制御し、或いは、前記電流源の電流量を、前記負荷電流が所定の基準電流に従った一定電流になるように制御することができる。
【００１１】
代替的に、好ましくは、前記共通接続された電源端子は正電源端子であり、該正電源端子と正電源の間に前記電流源が接続されることができ、或いは、前記共通接続された電源端子は負電源端子であり、該負電源端子と負電源の間に前記電流源が接続されることができ、或いは、前記共通接続された電源端子はグランド端子であり、該グランド端子とグランド電源の間に前記電流源が接続されることができる。
【００１２】
代替的に、好ましくは、前記電流源の電流量は、前記共通接続された出力端子における、前記制御回路よる制御に従った出力電圧の変動に応じて変化し、該変化はスパイク状の変化を含まないことができ、或いは、前記共通接続された出力端子からの、前記制御回路よる制御に従った負荷電流の変動に応じて変化し、該変化はスパイク状の変化を含まないことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、入力電源とチャージポンプ回路の入力端子との間に電流源を有し、複数個の並列接続されたチャージポンプ部のうち、時間変化において、常に少なくとも１つ以上のチャージポンプ部が電流源から電流を流し込む期間にあるように各チャージポンプ部が動作することで、電流源に流れる電流のスパイク状の変化を無くすことができ、電流変化によるノイズの発生を防止できるので、チャージポンプ回路と同じ入力電源、あるいはグランドに接続されている他の回路の特性劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のチャージポンプ回路を示す回路図である。
【図２】チャージポンプの動作に従った入力電源とグランドとの間に流れる電流の時間変化例を示す特性図である。
【図３】本発明に係るチャージポンプ回路の実施形態１を示す回路図である。
【図４】実施形態１において２個のチャージポンプ部を備える場合の動作説明図である。
【図５】実施形態１において３個以上のチャージポンプ部を備える場合の動作説明図である。
【図６】実施形態１において３個以上のチャージポンプ部を備える場合の動作説明図である。
【図７】実施形態１のより具体的な構成を示す回路図である。
【図８】本発明に係るチャージポンプ回路の実施形態２を示す回路図である。
【図９】本発明に係るチャージポンプ回路の実施形態３を示す回路図である。
【図１０】実施形態３のより具体的な構成を示す回路図である。
【図１１】本発明に係るチャージポンプ回路の実施形態４を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本願発明の好適な実施形態を例示して説明する。なお、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載により特定されるものであって、例示した実施形態に限定されないことに留意が必要である。
【００１６】
［実施形態１］
以下にこの発明の第１実施形態を図３に基づいて説明する。
【００１７】
図３は、本願発明に係るチャージポンプ回路の実施形態１を示す。
【００１８】
このチャージポンプ回路１０２は、電流源１０１、複数のチャージポンプ部１〜ｎ（ｎは２よりも大きい整数）、制御回路１０３構成される。
【００１９】
チャージポンプ回路１０２は、少なくとも２個の並列接続されたチャージポンプ部１〜ｎと、チャージポンプ部１〜ｎの正の電圧入力端子と正の入力電源１０との間に挿入される電流源１０１を具備する。また、チャージポンプ部１〜ｎの出力端子の電圧に基づき電流源１０１の電流量を制御する制御回路１０３をさらに具備する。
【００２０】
それぞれのチャージポンプ部１〜ｎは４つのスイッチであるＳＷ１１、ＳＷ２１、ＳＷ３１、ＳＷ４１と、フライングコンデンサＣｆ１とを具備する負電圧生成チャージポンプである。平滑化コンデンサＣｏはチャージポンプの出力電圧を平滑化する。
【００２１】
そして、少なくとも２個以上の並列接続されたチャージポンプ部１〜ｎの電圧入力端子、および電圧出力端子を共通化し、電圧入力端子と入力電源１０との間に電流源１０１を挿入する。制御回路１０３は、チャージポンプ部１〜ｎの出力端子の電圧Ｖｏｕｔを入力し、電流源１０１の電流量を制御するための電流制御信号を生成する。そして、電圧制御回路１０３は、電流源１０１の電流量を、チャージポンプ部１〜ｎの出力端子の電圧Ｖｏｕｔに基づき制御する。これらの構成により、入力電源とグランド間に流れる電流のスパイク状の、急峻なまたは瞬間的な変化を無くし、チャージポンプ回路１０２と同じ入力電源、あるいはグランドに接続されている他の回路の特性の劣化を防止した。
【００２２】
このように、本願発明に係るチャージポンプ回路を用いることにより、入力電源からグランドに流れる電流値は、チャージポンプ動作に従ったスパイク状の、急峻なまたは瞬間的な変化をすることなく、出力電圧変動、あるいは負荷電流変動に従った電流値に保たれる。
【００２３】
上記の様に構成された回路を用いることで、チャージポンプ部の入力端子に流れる電流を出力電圧に応じて調整することができる。
【００２４】
このとき、チャージポンプ部１〜ｎのうち少なくとも１つが電流源１０１から電流を流すフェイズ（チャージ期間）にあるように各チャージポンプ部１〜ｎが動作する。ここで、電流源１０１から安定した電流値を得るためには、チャージポンプ回路１０２の入力電圧であるＶｉｎの時間に対する変化量を抑え、入力電源１０よりも十分低い電圧値に設定すればよい。そこで、Ｖｉｎの時間に対する変化量をＶｄとし、ｎ個のチャージポンプ部のフライングコンデンサＣｆ１の容量値の合計値をＣｆとし、チャージポンプ部の回路動作における１周期の時間をＴとすると、Ｖｉｎの時間に対する変化量であるＶｄは、電流源１０１の電流量であるＩとＣｆとＴにより、Ｖｄ＝Ｉ×Ｔ÷Ｃｆにより表されることから、場合によっては１周期の時間Ｔを短く設定する、あるいはＣｆを大きく設定することで、電流源１０１から安定した電流値が得られる。
【００２５】
図４は、実施形態１の動作原理説明のための動作説明図である。
【００２６】
図４は、チャージポンプ回路１０２が、２つの並列に接続されたチャージポンプ部１，２を備える場合（図３においてｎ＝２の場合）の、それぞれのチャージポンプ部１，２の時間変化における期間と、それぞれのチャージポンプ部１，２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の波形と、入力電源からグランドに流れる電流Ｉの波形を示す。
【００２７】
図４のチャージ期間とは、チャージポンプ部内のフライングコンデンサＣｆ１に電流をチャージする期間であり、図３に示された、チャージポンプ部内のスイッチであるＳＷ１１とＳＷ３１とがオンし、ＳＷ２１とＳＷ４１とがオフし、入力電源に接続された電流源１０１からＳＷ１１を通過しフライングコンデンサＣｆ１を通過しＳＷ３１を通過する経路で、入力電源からグランドへ向けて電流が流れる期間である。
【００２８】
図４のトランスファ期間とは、チャージ期間にフライングコンデンサＣｆ１に蓄積された電荷を出力端子を介し負荷に転送する期間であり、チャージポンプ部内のスイッチであるＳＷ２１とＳＷ４１とがオンし、ＳＷ１１とＳＷ３１とがオフし、電流源１０１からチャージポンプ部に電流が流れない期間であり、入力電源からグランドへ向けて電流が流れない期間である。
【００２９】
図４においては、それぞれのチャージポンプ部１，２に流れる電流であるＩ１とＩ２とは時間変化している。全時間についてみると、常に２つのチャージポンプ部の少なくとも一方がチャージ期間であり、電流源１０１から上記経路で常に電流が流れる。このため、２つのチャージポンプ部１，２に流れ込む電流の総和と実質的に等しい値である、電流源１０１からの電流Ｉが途切れることがない。
【００３０】
この電流源１０１の電流値は、制御回路１０３が出力電圧Ｖｏｕｔを供給されて電流制御信号を生成することよって、チャージポンプ回路の負荷電流に従った電流値に制御される。
【００３１】
これにより、入力電源からグランドに流れる電流が、チャージポンプ動作に沿ってスパイク状に、急峻にまたは瞬間的に変化することがなく、入力電源、あるいはグランドに発生するノイズを抑制することができる。したがって、同じ入力電源あるいはグランドに接続されている他の回路の特性劣化を招来することがない。
【００３２】
図５は、実施形態１の一般的な形態である、チャージポンプ回路１０２が、ｎ（ｎは２よりも大きい整数）個の並列に接続されたチャージポンプ部を備える場合の、それぞれのチャージポンプ部の時間変化における期間を示す動作説明図である。
【００３３】
図６は、図５に示した時間変化におけるチャージ期間とトランスファ期間で、かつ負荷電流が一定である場合において、本実施形態のチャージポンプ回路を動作させた場合の、それぞれのチャージポンプ部１，２，…，ｎに流れる電流Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎと入力電源からグランドに流れる電流Ｉの時間変化を示す。
【００３４】
図６を参照すれば、それぞれのチャージポンプ部１，２，…，ｎに流れる電流Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎは、チャージ期間にあるチャージポンプ部の個数に反比例して変化するが、チャージ期間にある複数個のチャージポンプ部に流れる電流の総和と実質的に等しい値である電流源１０１に流れる電流値は一定であることが分かる。これにより、入力電源からグランドに流れる電流がスパイク状に、急峻にまたは瞬間的に変化することがなく、入力電源、あるいはグランドに発生するノイズを抑制することができる。
【００３５】
図７は、実施形態１の構成をより具体的に示す回路図である。
【００３６】
電流源１０１はＭＯＳトランジスタで構成され、例えばＰ型のＭＯＳトランジスタ１０１１で構成される。制御回路１０３はオペアンプ１０３１で構成され、リファレンス電圧であるＶｒｅｆとチャージポンプ回路の出力電圧であるＶｏｕｔとを比較し、出力電圧Ｖｏｕｔがリファレンス電圧Ｖｒｅｆに従った一定電圧になるように、オペアンプ出力である電流制御信号でＭＯＳトランジスタ１０１１のゲート電圧を制御する。
【００３７】
［実施形態２］
図３に示した実施形態１のチャージポンプ回路１０２は、チャージポンプ部１〜ｎの正の電圧入力端子と正の入力電源との間に電流源１０１を挿入した例であるが、図８に示す実施形態２のように、チャージポンプ部１〜ｎの負の電圧入力端子であるグランド入力端子と負の入力電源であるグランドとの間に電流源１０１を挿入した構成の実施形態２によっても、上記実施形態１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３８】
［実施形態３］
以下に、この発明の別の実施形態を図９に基づいて説明する。
【００３９】
図９は、本発明に係るチャージポンプ回路の実施形態３の回路図である。
【００４０】
このチャージポンプ回路１０２は、負荷電流をセンシングする制御回路を用いた構成を備え、チャージポンプ部１〜ｎ、チャージポンプ部１〜ｎの正の入力電圧端子と正の入力電源との間に接続された電流源１０１、制御回路１０４を備える。
【００４１】
図９に示したチャージポンプ回路において、制御回路１０４の出力信号である電流制御信号は、上記実施形態における制御回路１０３の出力信号である電流制御信号と実質的に同じ働きを行って、電流源１０１に流れる電流をチャージポンプ回路１０２の負荷電流に従った一定値に制御する。これにより、入力電源からグランドに流れる電流がスパイク状に、急峻にまたは瞬間的に変化することがなく、入力電源、あるいはグランドに発生するノイズを抑制することができる。したがって、同じ入力電源あるいはグランドに接続されている他の回路の特性劣化を招来することがない。
【００４２】
図１０は、実施形態３のチャージポンプ回路の構成をより具体的に示す回路図である。
【００４３】
電流源１０１はＭＯＳトランジスタで構成され、例えばＰ型のＭＯＳトランジスタ１０１１で構成される。制御回路１０４はオペアンプ１０４１で構成される。制御回路１０４には抵抗１０４２がチャージポンプ部の出力電流Ｉｏｕｔをモニタするために接続されており、リファレンス電圧であるＶｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２とチャージポンプ部１〜ｎの出力電流に相当する電圧を比較し、抵抗１０４２の両端の電圧差がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の差に従った一定値になるように、出力である電流制御信号でＰ型トランジスタ１０１１のゲート電圧を制御する。
【００４４】
なお、オペアンプ１０４１は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２とチャージポンプの出力電流に相当する電圧を比較する電圧コンパレータであるが、これに換えて、抵抗１０４２をなくし、リファレンス電流とチャージポンプ部１〜ｎの出力電流を直接比較する電流コンパレータとしてもよい。
【００４５】
以上のように、本願発明に係るチャージポンプ回路によれば、入力電源からグランドに流れる電流値は、チャージポンプ動作に従ったスパイク状の、急峻なまたは瞬間的な変化をせず、チャージポンプ回路の出力から流れ出す電流に応じた一定値、すなわち出力電圧変動あるいは負荷電流変動に従った電流値、に保たれる。このため、入力電源、あるいはグランドのノイズ発生を防止でき、チャージポンプ部と同じ入力電源、あるいはグランドに接続されている他の回路の特性の劣化を防止できる。
【００４６】
［実施形態４］
図９に示した実施形態３のチャージポンプ回路は、制御回路１０４を用いる場合においてチャージポンプ部の正の電圧入力端子と正の入力電源との間に電流源１０１を挿入した例であるが、図１１に示す実施形態４のように、チャージポンプ部の負の入力電圧端子であるグランド入力端子と負の入力電源であるグランドとの間に電流源１０１を挿入した構成の実施形態４によっても、上記実施形態３と同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
なお、上記各実施形態においてチャージポンプ部１〜ｎは入力される電圧を降圧する負電圧生成チャージポンプであるとしたが、これに換えて、入力される電圧を昇圧する正電圧生成チャージポンプを使用することもできる。
【００４８】
また、電流源１０１は、図示した各実施形態に示したように、チャージポンプ部の正の電圧入力端子と正の入力電源との間に挿入してもよいし（図３，７，９，１０）、または、チャージポンプ部のグランド入力端子とグランドとの間に挿入してもよい（図８，１１）。また、図には示されないが、電流源を、チャージポンプ部の負の電圧入力端子と負の入力電源との間に挿入してもよい。
【００４９】
さらに、チャージポンプ部の正の電圧入力端子と正の入力電源との間に１個の電流源を、および、チャージポンプ部のグランド入力端子とグランドとの間（または、負の電圧入力端子と負の入力電源との間）にもう１個の電流源をそれぞれ挿入し、制御回路によりこれら２個の電流源を同時に制御してもよい。
【００５０】
なお、上述した各実施形態のチャージポンプ回路は半導体集積回路装置において実施すると特に好適である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  電流源
１０２  チャージポンプ回路
１０３、１０４  制御回路
１０１１  ＭＯＳトランジスタ
１０３１、１０４１  オペアンプ
１０４２  抵抗
１〜ｎ  チャージポンプ部
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉｎ、Ｉｏｕｔ  電流
Ｃｆ１、Ｃｏ  容量
ＳＷ１１、ＳＷ２１、ＳＷ３１、ＳＷ４１  スイッチ
Ｖｉｎ  入力電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧
Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２  リファレンス電圧
【図１】
2013192438.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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