JPH10242774A - 光受信フロントエンドアンプ - Google Patents
光受信フロントエンドアンプInfo
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- JPH10242774A JPH10242774A JP9055457A JP5545797A JPH10242774A JP H10242774 A JPH10242774 A JP H10242774A JP 9055457 A JP9055457 A JP 9055457A JP 5545797 A JP5545797 A JP 5545797A JP H10242774 A JPH10242774 A JP H10242774A
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
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Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高速、確実な飽和防止機能を有し、集積化に有
利な光受信フロントエンドアンプを提供する。 【解決手段】フォトダイオード６の小受信光に対する受
信電流は、トランジスタ７、８と帰還抵抗１０を有する
帰還形トランスインピーダンス回路により高感度で増幅
する。また、大受信光に対する受信電流は、帰還抵抗１
０の電圧降下によりトランジスタ９が導通し帰還量を下
げるとともに余剰分はトランジスタ９のエミッタ・コレ
クタを介して接地側に放出してトランジスタ２の飽和を
防止する。
利な光受信フロントエンドアンプを提供する。 【解決手段】フォトダイオード６の小受信光に対する受
信電流は、トランジスタ７、８と帰還抵抗１０を有する
帰還形トランスインピーダンス回路により高感度で増幅
する。また、大受信光に対する受信電流は、帰還抵抗１
０の電圧降下によりトランジスタ９が導通し帰還量を下
げるとともに余剰分はトランジスタ９のエミッタ・コレ
クタを介して接地側に放出してトランジスタ２の飽和を
防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＣＭ光通信用等
の光受信アンプに関し、特に、大入力光の受光時に飽和
することがない光電気変換回路における光受信フロント
エンドアンプに関する。
の光受信アンプに関し、特に、大入力光の受光時に飽和
することがない光電気変換回路における光受信フロント
エンドアンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信の光受信部における増幅器として
は、小さい光信号に対して充分な利得を有するとともに
大きい光信号まで飽和することなく動作することが必要
であるが、この種の従来の増幅器として、例えば特開昭
６４ー１８３０４号公報記載の回路が知られている。
は、小さい光信号に対して充分な利得を有するとともに
大きい光信号まで飽和することなく動作することが必要
であるが、この種の従来の増幅器として、例えば特開昭
６４ー１８３０４号公報記載の回路が知られている。
【０００３】図３は、前記公報記載の増幅器である。同
図の増幅器の構成は、信号光を受けて電流信号に変換す
る受光素子１２と、前記受光素子１２の光電変換出力を
増幅するエミッタ接地型トランジスタ１３と、出力電圧
を発生するコレクタ接地型トランジスタ１４とを備え、
トランジスタ１４の出力電圧が、非線形帰還回路を構成
する抵抗１６及びダイオード１７の並列回路によってト
ランジスタ１３の入力部に帰還される構成を有する。
図の増幅器の構成は、信号光を受けて電流信号に変換す
る受光素子１２と、前記受光素子１２の光電変換出力を
増幅するエミッタ接地型トランジスタ１３と、出力電圧
を発生するコレクタ接地型トランジスタ１４とを備え、
トランジスタ１４の出力電圧が、非線形帰還回路を構成
する抵抗１６及びダイオード１７の並列回路によってト
ランジスタ１３の入力部に帰還される構成を有する。
【０００４】前記増幅器の回路は、高受光信号に対して
以下のような動作を行う。
以下のような動作を行う。
【０００５】受光レベルが増大するに伴い、受光素子１
２からトランジスタ１３のベースに供給される電流は大
きくなる。電流が増大するとダイオード１７が導通し電
流がダイオードに分流する。この状態では、帰還量を増
加させることと同一の効果をもつことになり、電流ー電
圧変換利得を減少させるので、信号電流が大きい状態、
即ち、受光レベルが大きいときでもトランジスタを飽和
させることなく、増幅動作は安定化される。
２からトランジスタ１３のベースに供給される電流は大
きくなる。電流が増大するとダイオード１７が導通し電
流がダイオードに分流する。この状態では、帰還量を増
加させることと同一の効果をもつことになり、電流ー電
圧変換利得を減少させるので、信号電流が大きい状態、
即ち、受光レベルが大きいときでもトランジスタを飽和
させることなく、増幅動作は安定化される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の増幅器において
は、受光素子からの受光電流が増大した場合に増幅素子
の飽和を防止するために、帰還回路を抵抗とダイオード
の組合せで構成して受光電流の増大時に出力側からの帰
還量を増大させるように構成しているものである。
は、受光素子からの受光電流が増大した場合に増幅素子
の飽和を防止するために、帰還回路を抵抗とダイオード
の組合せで構成して受光電流の増大時に出力側からの帰
還量を増大させるように構成しているものである。
【０００７】しかしながら、前記従来の増幅器の構成で
は、受光電流が増大する場合の対応としてダイオードを
導通させて帰還抵抗を低下させるだけで結果的に飽和を
防止するものであるから、高電流に対する初段トランジ
スタの飽和を充分に抑制することができず、高速且つ確
実に飽和を防止することが可能なものではなかった。
は、受光電流が増大する場合の対応としてダイオードを
導通させて帰還抵抗を低下させるだけで結果的に飽和を
防止するものであるから、高電流に対する初段トランジ
スタの飽和を充分に抑制することができず、高速且つ確
実に飽和を防止することが可能なものではなかった。
【０００８】（発明の目的）本発明の目的は、大受光時
において高速、且つ確実に飽和を防止できる飽和防止機
能付の光受信フロントエンドアンプを提供することにあ
る。
において高速、且つ確実に飽和を防止できる飽和防止機
能付の光受信フロントエンドアンプを提供することにあ
る。
【０００９】本発明の他の目的は、回路構成が簡単で且
つ集積化に有利な飽和防止機能付の光受信フロントエン
ドアンプを提供することにある。
つ集積化に有利な飽和防止機能付の光受信フロントエン
ドアンプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光受信フロント
エンドアンプは、具体的には、前記受光素子に接続され
たエミッタ接地型トランジスタと、前記エミッタ接地型
トランジスタの出力を入力とするエミッタフォロワ型ト
ランジスタとを備える増幅器と前記増幅器の入出力間に
接続された帰還抵抗とからなる帰還形トランスインピー
ダンス回路を有し、前記帰還抵抗にエミッタ・ベース間
を並列接続しコレクタを基準電位点に接続した飽和防止
用のトランジスタを有する。
エンドアンプは、具体的には、前記受光素子に接続され
たエミッタ接地型トランジスタと、前記エミッタ接地型
トランジスタの出力を入力とするエミッタフォロワ型ト
ランジスタとを備える増幅器と前記増幅器の入出力間に
接続された帰還抵抗とからなる帰還形トランスインピー
ダンス回路を有し、前記帰還抵抗にエミッタ・ベース間
を並列接続しコレクタを基準電位点に接続した飽和防止
用のトランジスタを有する。
【００１１】そして、前記エミッタ接地型トランジスタ
はＮＰＮ型トランジスタとし、前記飽和防止用トランジ
スタはＰＮＰトランジスタとし、前記飽和防止用トラン
ジスタの閾値は前記エミッタ接地型トランジスタの閾値
より小さくすると好適である。
はＮＰＮ型トランジスタとし、前記飽和防止用トランジ
スタはＰＮＰトランジスタとし、前記飽和防止用トラン
ジスタの閾値は前記エミッタ接地型トランジスタの閾値
より小さくすると好適である。
【００１２】（作用）飽和防止用トランジスタは、大受
光信号を入力するとき帰還抵抗を下げるとともに受光電
流の余剰分を基準電位点側に放出して入力エミッタ接地
型トランジスタの飽和を防止する。
光信号を入力するとき帰還抵抗を下げるとともに受光電
流の余剰分を基準電位点側に放出して入力エミッタ接地
型トランジスタの飽和を防止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１４】図１は、本発明の光受信フロントエンドア
ンプの原理を示す図である。
ンプの原理を示す図である。
【００１５】同図に示すように本発明の増幅器の基本構
成は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１
と、入力段に少なくともエミッタ接地型トランジスタを
有する増幅器２と、増幅器２の入出力間に接続された帰
還抵抗３を有する光受信フロントエンドアンプにおい
て、前記帰還抵抗３にエミッタ・ベース間が並列に接続
され、コレクタが基準電位点に接続された飽和防止用ト
ランジスタ４とからなる。前記構成の増幅器は、伝達イ
ンピーダンスが帰還抵抗で表される帰還型トランスイン
ピーダンス回路を構成する。
成は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１
と、入力段に少なくともエミッタ接地型トランジスタを
有する増幅器２と、増幅器２の入出力間に接続された帰
還抵抗３を有する光受信フロントエンドアンプにおい
て、前記帰還抵抗３にエミッタ・ベース間が並列に接続
され、コレクタが基準電位点に接続された飽和防止用ト
ランジスタ４とからなる。前記構成の増幅器は、伝達イ
ンピーダンスが帰還抵抗で表される帰還型トランスイン
ピーダンス回路を構成する。
【００１６】前記構成の増幅器は、光信号が受光素子に
入力されるとその光の強度に比例した受光電流が増幅器
に流れ、この電流は帰還抵抗によって電圧信号に変換さ
れる。この時、光信号が小さいときは、帰還抵抗に並列
配置したＰＮＰトランジスタは導通しないため帰還抵抗
がそのままトランスインピーダンス（伝達抵抗）として
電流電圧変換動作（電圧信号＝受光電流×帰還抵抗）に
寄与する。
入力されるとその光の強度に比例した受光電流が増幅器
に流れ、この電流は帰還抵抗によって電圧信号に変換さ
れる。この時、光信号が小さいときは、帰還抵抗に並列
配置したＰＮＰトランジスタは導通しないため帰還抵抗
がそのままトランスインピーダンス（伝達抵抗）として
電流電圧変換動作（電圧信号＝受光電流×帰還抵抗）に
寄与する。
【００１７】光入力が大きくなり、受光電流×帰還抵抗
＞ＰＮＰトランジスタ４のＶBE（Ｖ２）となるとき、Ｐ
ＮＰトランジスタが導通するため、入力電圧信号は制限
されＶ１＞Ｖ２の関係より、フロントエンドアンプの飽
和を抑制する。更に、余剰電流はＰＮＰトランジスタの
エミッタ・コレクタ間を介し接地側に放出され飽和を防
止する。
＞ＰＮＰトランジスタ４のＶBE（Ｖ２）となるとき、Ｐ
ＮＰトランジスタが導通するため、入力電圧信号は制限
されＶ１＞Ｖ２の関係より、フロントエンドアンプの飽
和を抑制する。更に、余剰電流はＰＮＰトランジスタの
エミッタ・コレクタ間を介し接地側に放出され飽和を防
止する。
【００１８】以上の原理により、本発明の増幅器は、小
受光時には伝達抵抗を劣化させることなく高感度特性を
実現し、また、大受光時には、フロントエンドアンプの
トランジスタを飽和させることを防止し出力のデータエ
ラーを回避することを可能とする。
受光時には伝達抵抗を劣化させることなく高感度特性を
実現し、また、大受光時には、フロントエンドアンプの
トランジスタを飽和させることを防止し出力のデータエ
ラーを回避することを可能とする。
【００１９】図２は、本発明の光受信フロントエンドア
ンプの実施の形態を示す図である。
ンプの実施の形態を示す図である。
【００２０】本実施の形態は、光信号を電気信号に変換
するフォトダイオード６と、フォトダイオード６に接続
さたエミッタ接地型の初段トランジスタ７、初段トラン
ジスタ７のコレクタにベースが接続されたエミッタフォ
ロア型の次段トランジスタ８と、該次段トランジスタ８
の出力負荷抵抗１１から初段トランジスタ７のベースに
接続された帰還抵抗１０を有する光受信フロントエンド
アンプにおいて、前記帰還抵抗１０にエミッタ・ベース
間が並列に接続され、コレクタが基準電位点に接続され
た飽和防止用トランジスタ９とからなるトランジスタ回
路を電源と基準電位点の間に備える構成を有する。前記
構成のアンプは、入力インピーダンスが低く、伝達イン
ピーダンスが帰還抵抗で決定される帰還型トランスイン
ピーダンスアンプを構成する。
するフォトダイオード６と、フォトダイオード６に接続
さたエミッタ接地型の初段トランジスタ７、初段トラン
ジスタ７のコレクタにベースが接続されたエミッタフォ
ロア型の次段トランジスタ８と、該次段トランジスタ８
の出力負荷抵抗１１から初段トランジスタ７のベースに
接続された帰還抵抗１０を有する光受信フロントエンド
アンプにおいて、前記帰還抵抗１０にエミッタ・ベース
間が並列に接続され、コレクタが基準電位点に接続され
た飽和防止用トランジスタ９とからなるトランジスタ回
路を電源と基準電位点の間に備える構成を有する。前記
構成のアンプは、入力インピーダンスが低く、伝達イン
ピーダンスが帰還抵抗で決定される帰還型トランスイン
ピーダンスアンプを構成する。
【００２１】また、前記構成のアンプにおいて、初段ト
ランジスタ７と飽和防止用トランジスタ９のベース・エ
ミッタ間電圧の関係は、それぞれのベース・エミッタ間
電圧をＶBE１及びＶBE２としたとき、好適にはＶBE１＞
ＶBE２のように設定する。
ランジスタ７と飽和防止用トランジスタ９のベース・エ
ミッタ間電圧の関係は、それぞれのベース・エミッタ間
電圧をＶBE１及びＶBE２としたとき、好適にはＶBE１＞
ＶBE２のように設定する。
【００２２】本実施の形態の動作を説明すると、上述の
構成において、フォトダイオード６は、入力としての光
入力Ｐｒに対し電流源として光電気変換動作を行い、受
信光に応じて受光電流Ｉｒは、Ｉｒ＝ｋ×Ｐｒ（ｋは定
数）の関係により流れる。この電流はアンプの入力イン
ピーダンスにより電圧信号として２段のトランジスタに
より増幅され電圧Ｖｏとして出力される。
構成において、フォトダイオード６は、入力としての光
入力Ｐｒに対し電流源として光電気変換動作を行い、受
信光に応じて受光電流Ｉｒは、Ｉｒ＝ｋ×Ｐｒ（ｋは定
数）の関係により流れる。この電流はアンプの入力イン
ピーダンスにより電圧信号として２段のトランジスタに
より増幅され電圧Ｖｏとして出力される。
【００２３】ここで、受光電流Ｉｒが充分に小さいとき
の出力電圧Ｖｏは、帰還抵抗をＲＦとすると、Ｖｏ＝Ｉ
ｒ×ＲＦとして表すことができる。
の出力電圧Ｖｏは、帰還抵抗をＲＦとすると、Ｖｏ＝Ｉ
ｒ×ＲＦとして表すことができる。
【００２４】一方、光信号入力が高入力状態となり受光
電流Ｉｒが増大して、帰還抵抗側の電圧降下がトランジ
スタ７のベース・エミッタ間の閾値電圧に近づくような
受光電流Ｉｒがフォトダイオード１から出力されると
き、即ち、Ｉｒ×（ＲＦ＋Ｒｏ）≒Ｉｒ×ＲＦ＞ＶBE１
の状態に近づくと、前述の条件（ＶBE１＞ＶBE２）によ
り、飽和防止用トランジスタ９のベース・エミッタ間閾
値電圧ＶBE２が初段トランジスタ７のベース・エミッタ
間閾値電圧ＶBE１より閾値が小さいので、飽和防止用ト
ランジスタ９が導通状態となり、さらに、受光電流Ｉｒ
の増加に応じて飽和領域に近づくことになる。
電流Ｉｒが増大して、帰還抵抗側の電圧降下がトランジ
スタ７のベース・エミッタ間の閾値電圧に近づくような
受光電流Ｉｒがフォトダイオード１から出力されると
き、即ち、Ｉｒ×（ＲＦ＋Ｒｏ）≒Ｉｒ×ＲＦ＞ＶBE１
の状態に近づくと、前述の条件（ＶBE１＞ＶBE２）によ
り、飽和防止用トランジスタ９のベース・エミッタ間閾
値電圧ＶBE２が初段トランジスタ７のベース・エミッタ
間閾値電圧ＶBE１より閾値が小さいので、飽和防止用ト
ランジスタ９が導通状態となり、さらに、受光電流Ｉｒ
の増加に応じて飽和領域に近づくことになる。
【００２５】この状態においては、実質的に帰還抵抗が
低下し帰還量を増大することに加えて、受光電流Ｉｒの
増加による余剰電流は飽和防止用トランジスタ９のエミ
ッタ・コレクタ間を通じて接地側に放出することにな
り、飽和防止用トランジスタ９のエミッタ電位がトラン
ジスタ７の閾値電圧ＶBE１を超えるような高い電位に上
昇することを確実に防止する。したがって、初段トラン
ジスタ７は、そのベース・エミッタ間電圧Ｖｉが、Ｖｉ
≒ＶBE２程度にクリップされ、帰還型トランスインピー
ダンス回路を構成する帰還増幅器の飽和による出力Ｖｏ
のデータエラー等の発生が防止される。
低下し帰還量を増大することに加えて、受光電流Ｉｒの
増加による余剰電流は飽和防止用トランジスタ９のエミ
ッタ・コレクタ間を通じて接地側に放出することにな
り、飽和防止用トランジスタ９のエミッタ電位がトラン
ジスタ７の閾値電圧ＶBE１を超えるような高い電位に上
昇することを確実に防止する。したがって、初段トラン
ジスタ７は、そのベース・エミッタ間電圧Ｖｉが、Ｖｉ
≒ＶBE２程度にクリップされ、帰還型トランスインピー
ダンス回路を構成する帰還増幅器の飽和による出力Ｖｏ
のデータエラー等の発生が防止される。
【００２６】以上の実施の形態の説明においては、初段
トランジスタ７はＮＰＮトランジスタ、飽和防止トラン
ジスタ９はＰＮＰトランジスタとしており、一般的にＮ
ＰＮトランジスタの閾値ＶBEはＰＮＰトランジスタの閾
値よりも大きいため、前述の条件ＶBE１＞ＶBE２は同一
ウエハ上に形成されるトランジスタにより満足される。
トランジスタ７はＮＰＮトランジスタ、飽和防止トラン
ジスタ９はＰＮＰトランジスタとしており、一般的にＮ
ＰＮトランジスタの閾値ＶBEはＰＮＰトランジスタの閾
値よりも大きいため、前述の条件ＶBE１＞ＶBE２は同一
ウエハ上に形成されるトランジスタにより満足される。
【００２７】また、両トランジスタは、閾値に関してほ
ぼ同一の特性を有しているとしても、飽和防止用トラン
ジスタの飽和前において受光電流Ｉｒの余剰電流をトラ
ンジスタ９のコレクタから接地への放出動作が開始され
ることから実質上は初段トランジスタ７の飽和動作は充
分有効に機能することは明らかである。
ぼ同一の特性を有しているとしても、飽和防止用トラン
ジスタの飽和前において受光電流Ｉｒの余剰電流をトラ
ンジスタ９のコレクタから接地への放出動作が開始され
ることから実質上は初段トランジスタ７の飽和動作は充
分有効に機能することは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、高感度を実現するため
にもっとも有効な帰還型トランスインピーダンス回路構
成を採用しながら飽和防止用トランジスタを接続するだ
けで、大受光信号を入力したときに帰還量を増大させる
とともに余剰の受光電流を接地側に放出することがで
き、飽和防止を高速且つ確実に行うことができるため
に、高感度且つ大受光信号も受信可能であり、広いダイ
ナミックレンジが確保できる。
にもっとも有効な帰還型トランスインピーダンス回路構
成を採用しながら飽和防止用トランジスタを接続するだ
けで、大受光信号を入力したときに帰還量を増大させる
とともに余剰の受光電流を接地側に放出することがで
き、飽和防止を高速且つ確実に行うことができるため
に、高感度且つ大受光信号も受信可能であり、広いダイ
ナミックレンジが確保できる。
【００２９】本発明を実現するための好適な手段とし
て、同一ウエハ内に回路を構成することでトランジスタ
の閾値の前記条件が容易に満たされるから、集積化に極
めて有利である。
て、同一ウエハ内に回路を構成することでトランジスタ
の閾値の前記条件が容易に満たされるから、集積化に極
めて有利である。
【００３０】
【図１】本発明の光受信フロントエンドアンプの原理を
示す図である。
示す図である。
【図２】本発明の光受信フロントエンドアンプの実施の
形態を示す図である。
形態を示す図である。
【図３】従来例の光受信増幅器を示す図である。
１、６、１２ フォトダイオード ２ 増幅器 ３、１０、１６ 帰還抵抗 ４、９ 飽和防止用トランジスタ ５ 帰還形トランスインピーダンス回路 ７、１３ 初段トランジスタ ８、１４ 次段トランジスタ １１、１５ 負荷抵抗 １７ ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06
Claims (3)
- 【請求項１】 受光素子の電流を入力とし、少なくとも
入力段のエミッタ接地型トランジスタと入出力間の帰還
抵抗とを備えた増幅器からなる帰還型トランスインピー
ダンス回路を有する光受信フロントエンドアンプにおい
て、前記帰還抵抗にエミッタ・ベース間を並列接続しコ
レクタを基準電位点に接続した飽和防止用のトランジス
タを有することを特徴とする光受信フロントエンドアン
プ。 - 【請求項２】 受光素子と、前記受光素子に接続された
エミッタ接地型トランジスタと、前記エミッタ接地型ト
ランジスタの出力を入力とするエミッタフォロワ型トラ
ンジスタとを備える増幅器と、前記増幅器の入出力間に
接続された帰還抵抗と、前記帰還抵抗にエミッタ・ベー
ス間を並列接続しコレクタを基準電位点に接続した飽和
防止用のトランジスタを有することを特徴とする光受信
フロントエンドアンプ。 - 【請求項３】 前記エミッタ接地型トランジスタはＮＰ
Ｎ型トランジスタであり、前記飽和防止用トランジスタ
はＰＮＰトランジスタであり、前記飽和防止用トランジ
スタの閾値は前記エミッタ接地型トランジスタの閾値よ
り小さいことを特徴とする請求項２記載の光受信フロン
トエンドアンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09055457A JP3123708B2 (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 光受信フロントエンドアンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09055457A JP3123708B2 (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 光受信フロントエンドアンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242774A true JPH10242774A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3123708B2 JP3123708B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=12999141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09055457A Expired - Fee Related JP3123708B2 (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 光受信フロントエンドアンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3123708B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003009466A1 (fr) * | 2001-07-16 | 2003-01-30 | Nec Corporation | Circuit de preamplification |
| US7068951B2 (en) | 2002-04-11 | 2006-06-27 | Optical Communication Products, Inc. | Optical signal receiver with RPM, data and data bar output |
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