一、ICL7106介紹

　　ICL7106是intersil公司推出的一款3?位A/D轉(zhuǎn)換器電壓應(yīng)用芯片,主要用于儀器儀表，能構(gòu)成3?位液晶顯示的數(shù)字電壓表。ICL7106是目前廣泛應(yīng)用的一種A/D轉(zhuǎn)換器。

　　ICL7106引腳封裝圖

　　二、 ICL7106芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

　　ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換電路，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源、時(shí)鐘系統(tǒng)以及背光電極驅(qū)動(dòng)，可直接驅(qū)動(dòng)LCD。

　　ICL7106將高精度、通用性和低成本很好的結(jié)合在一起，有低于10μA的自動(dòng)校零功能，零漂小于1μV/℃，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。另外，只需用十個(gè)左右的無(wú)源元件和一個(gè)LCD屏就可以構(gòu)成高性能的儀表面板，實(shí)現(xiàn)了低成本和單電源工作。

　　三、 ICL7106的工作原理

　　ICL7106 內(nèi)部包括模擬電路和數(shù)字電路兩大部分，二者是互相聯(lián)系的。一方面由控制邏輯產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定時(shí)序?qū)⒍嗦纺M開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，保證A/D 轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行；另一方面模擬電路中的比較器輸出信號(hào)又控制著數(shù)字電路的工作狀態(tài)和顯示結(jié)果。下面介紹各部分的工作原理。

　　（1）模擬電路

　　模擬電路由雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。主要包括2.8V基準(zhǔn)電壓源（E0）、緩沖器（A1）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開(kāi)關(guān)等組成。緩沖器A4專門用來(lái)提高COM端帶負(fù)載的能力，可謂設(shè)計(jì)數(shù)字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件。這種轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度高、抗串模干擾能力強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合做低速模／數(shù)轉(zhuǎn)換。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期分三個(gè)階段進(jìn)行：自動(dòng)調(diào)零（AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ…的順序進(jìn)行循環(huán)。令計(jì)數(shù)脈沖的周期為TCP，每個(gè)測(cè)量周期共需4000TCP。其中，正向積分時(shí)間固定不變，T1＝1000TCP。儀表顯示值

　　將T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得

　　N＝10UIN 或UIN＝0.1N

　　只要把小數(shù)點(diǎn)定在十位上，即可直讀結(jié)果。滿量程時(shí)N＝2000，此時(shí)UM＝2UREF＝200mV，儀表顯示超量程符號(hào)“1”。若需改裝成2V量程的數(shù)字電壓表，可按表1選擇元件值。

　　表1 200mV與2V量程元件對(duì)照

　　欲測(cè)量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對(duì)UIN進(jìn)行衰減。積分電阻應(yīng)采用金屬膜電阻，積分電容宜選絕緣性好、介質(zhì)吸收系數(shù)小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容。

　　為了提高儀表抗串模干擾的能力，正向積分時(shí)間（亦稱采樣時(shí)間）T1應(yīng)是工頻周期的整倍數(shù)。我國(guó)采用50Hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms，應(yīng)選

　　T1＝n·20（ms）

　　式中，n＝1，2，3，…。例如取n＝2、4、5時(shí)，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干擾。這是因?yàn)榉e分過(guò)程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值為零，就不影響積分器輸出。但n值也不宜過(guò)大，以免測(cè)量速率太低。

　　（2）數(shù)字電路

　　數(shù)字電路如下圖所示。主要包括8個(gè)單元：①時(shí)鐘振蕩器；②分頻器；③計(jì)數(shù)器；④鎖存器；⑤譯碼器；⑥異或門相位驅(qū)動(dòng)器；⑦控制邏輯；⑧LCD顯示器。時(shí)鐘振蕩器由ICL7106內(nèi)部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，則f0＝40kHz。f0經(jīng)過(guò)4分頻后得到計(jì)數(shù)頻率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此時(shí)測(cè)量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，測(cè)量速率為2.5次／秒。f0還經(jīng)過(guò) 800分頻，得到50Hz方波電壓，接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)筆段電極a～g與背電極BP呈等電位時(shí)不顯示，當(dāng)二者存在一定的相位差時(shí)，液晶才顯示。因此，可將兩個(gè)頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至某個(gè)筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來(lái)驅(qū)動(dòng)該筆段顯示。驅(qū)動(dòng)電路采用異或門。其特點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè)輸入端的狀態(tài)相異時(shí)（一個(gè)為高電平，另一個(gè)為低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平。7段LCD驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。圖中，加在a、b、c筆段上的方波電壓與BP端方波電壓的相位相反，存在電位差，使這三段顯示。而d、e、f、g段消隱，故可顯示數(shù)字“7”。顯見(jiàn)，只要在異或門輸入端加控制信號(hào)（即譯碼器輸出的高、低電平），用以改變驅(qū)動(dòng)器輸出方波的相位，就能顯示所需數(shù)字。

　　ICL7106主要參數(shù)：

　　四、 ICL7106的性能特點(diǎn)

　　（1）＋7V～＋15V單電源供電，可選9V疊層電池，有助于實(shí)現(xiàn)儀表的小型化。低功耗（約16mW），一節(jié)9V疊層電池能連續(xù)工作200小時(shí)或間斷使用半年左右。

　　（2）輸入阻抗高（1010Ω），對(duì)輸入信號(hào)無(wú)衰減作用。內(nèi)設(shè)時(shí)鐘電路、＋2.8V基準(zhǔn)電壓源、異或門輸出電路，能直接驅(qū)動(dòng)3?位LCD顯示器。

　　（3）屬于雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度達(dá)±0.05％，轉(zhuǎn)換速率通常選2次／秒～5次／秒。具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)判定極性等功能。通過(guò)對(duì)芯片的功能檢查，可迅速判定其質(zhì)量好壞。

　　（4）外圍電路簡(jiǎn)單，僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構(gòu)成一塊DVM。其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

??????? （5） 內(nèi)部有時(shí)鐘電路，可接阻容元件構(gòu)成多諧振蕩器，也可用外時(shí)鐘輸入。

??????? （6）內(nèi)部噪聲低，顯示穩(wěn)定。

??????? （7）具有極性識(shí)別功能，在零附近時(shí)也能正確反映極性。

????????（8） 低功耗。

　　封裝形式：DIP40、LQFP44或COB。

　　五、ICL7106產(chǎn)品規(guī)格分類

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　　六、ICL7106典型應(yīng)用電路

　　1. ICL7106 組成直流電壓測(cè)量電路

　　ICL7106 是雙積分型 CMOS 工藝 4 位 BCD 碼輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器，它包含雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路、自動(dòng)極性變換、調(diào)零電路、七段譯碼器、LCD 驅(qū)動(dòng)器及控制電路等。電路采用 9V 單電源供電，CMOS 差動(dòng)輸入，可直接驅(qū)動(dòng)位液晶顯示器（LCD）。 ICL7106 組成直流電壓測(cè)量電路如圖 4 所示。

　　電路中 V+對(duì) V之間接 9V 直流電壓，通過(guò)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓發(fā)生器在 V+到 COM 之間產(chǎn)生2.8V 基準(zhǔn)電壓，經(jīng)分壓電阻加在 REF+、REF基準(zhǔn)電壓輸入端。當(dāng)輸入量程為 200mV 時(shí)，基準(zhǔn)電壓調(diào)至 100mV；當(dāng)輸入量程為 2V 時(shí)，基準(zhǔn)電壓為 1V。OSC1～OSC3 是時(shí)鐘振蕩電路引出端，外 接定時(shí)電阻、電 容產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘。I N+、I N是差動(dòng)輸入端，將 IN與模擬地 COM相連，IN+對(duì) COM 之間為模擬電壓輸入。U接個(gè)位驅(qū)動(dòng)、T接十位驅(qū)動(dòng)、H 接百位驅(qū)動(dòng)、a bK是千位驅(qū)動(dòng)、P0 為“”號(hào)驅(qū)動(dòng)、BP 接液晶背板。AZ、BUFF 和 INT 分別接調(diào)零電容、積分電阻和積分電容，通過(guò)調(diào)整它們及基準(zhǔn)電壓，可將輸入量程調(diào)至 2V（本電路為 200mV）。

　　2. ICL7106 典型測(cè)試測(cè)量電路（200mv滿量程）

　　八、ICL7106典型熱門方案參考應(yīng)用

　　1. 數(shù)字電壓表ICL7106/7107的應(yīng)用

　　數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測(cè)量領(lǐng)域大量使用的一種基本測(cè)量工具有關(guān)數(shù)字電壓表的書籍和應(yīng)用已經(jīng)非常普及了。這里展示的一份由 ICL7106 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成的數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）電路，就是一款最通用和最基本的電路。

　　與 ICL7106 相似的是 ICL7107 ，前者使用 LCD 液晶顯示，后者則是驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管作為顯示，除此之外，兩者的應(yīng)用基本是相通的。

　　電路圖中，僅僅使用一只 DC9V 電池，數(shù)字電壓表就可以正常使用了。按照?qǐng)D示的元器件數(shù)值，該表頭量程范圍是±200.0mV。當(dāng)需要測(cè)量 ±200mV 的電壓時(shí)，信號(hào)從 V-IN 端輸入，當(dāng)需要測(cè)量 ±200mA 的電流時(shí)，信號(hào)從 A-IN 端輸入，不需要加接任何轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，就可以得到兩種測(cè)量?jī)?nèi)容。

　　也有許多場(chǎng)合，希望數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)量程為 ±2.000V 了。更改的元器件具體位置和數(shù)值見(jiàn)下圖的 28 和 29 兩只引腳：

　　在有了一只數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）之后，按照下面的圖示，給它配置一組分流電阻，就可以實(shí)現(xiàn)多量程數(shù)字電流表，分檔從 ±200uA 到 ±20A 。但是要注意：在使用 20A 大電流檔的時(shí)候，不能再有開(kāi)關(guān)來(lái)切換量程，應(yīng)該專門配置一只測(cè)量插孔，以防燒毀切換開(kāi)關(guān)。

　　與多量程電流表對(duì)應(yīng)的是經(jīng)常需要使用多量程電壓表，按照下圖配置一組分壓電阻，就可以得到量程從 ±200.0mV 至 ±1000V 的多量程電壓表。

　　測(cè)量電阻與測(cè)量電流或者電壓一樣重要，俗稱“三用表”，利用數(shù)字電壓表做成的多量程電阻表，采用的是“比例法”測(cè)量，因此，它比起指針萬(wàn)用表的電阻測(cè)量來(lái)具有非常準(zhǔn)確的精度，而且耗電很小，下圖示中所配置的一組電阻就叫“基準(zhǔn)電阻”，就是通過(guò)切換各個(gè)接點(diǎn)得到不同的基準(zhǔn)電阻值，再由 Vref 電壓與被測(cè)電阻上得到的 Vin 電壓進(jìn)行“比例讀數(shù)”，當(dāng) Vref = Vin 時(shí)，顯示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要點(diǎn)亮屏幕上的小數(shù)點(diǎn)，就可以直接讀出被測(cè)電阻的阻值來(lái)了。

　　在產(chǎn)品數(shù)字萬(wàn)用表中，為了節(jié)省成本和簡(jiǎn)化電路，測(cè)量電流的分流電阻和測(cè)量電壓的分壓電阻以及測(cè)量電阻的基準(zhǔn)電阻往往就是同一組電阻。這里不討論數(shù)字萬(wàn)用表的電路，僅僅是幫助讀者在單獨(dú)需要使用某種功能時(shí)，可以有一定的參考作用。

　　下圖是一個(gè)最簡(jiǎn)單的 10 倍放大電路，運(yùn)算放大器使用的是精度比較高的 OP07 ，利用它，可以把 0～200mV 的電壓放大到 0～2.000V。在使用的數(shù)字電壓表量程為 2.000V 時(shí)，（例如 ICL7135 組成的 41/2 數(shù)字電壓表，基本量程就是 2.000V。）特別有用。

　　如果把它應(yīng)用在基本量程為 ±200.0mV 的數(shù)字電壓表上，就相當(dāng)于把分辨力提高了 10 倍，在一些測(cè)量領(lǐng)域中，傳感器的信號(hào)往往覺(jué)得太小了，這時(shí)，可以考慮在數(shù)字電壓表前面加上這種放大器來(lái)提高分辨力。

　　在電流或者電壓的測(cè)量中，經(jīng)常遇見(jiàn)測(cè)量的并不是直流而是交流，這時(shí)候，絕對(duì)不可以把交流信號(hào)直接輸入到數(shù)字電壓表去，必須先把被測(cè)的交流信號(hào)變成直流信號(hào)后，才可以送入數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量。下圖就是一個(gè)把交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為直流信號(hào)的參考電路。（說(shuō)明：更好的交流轉(zhuǎn)換成為直流的電路是一種“真有效值”轉(zhuǎn)換電路，但是由于其專用芯片價(jià)格昂貴，多應(yīng)用在一些高檔場(chǎng)合。）

　　本電路中，輸入的是 0～200.0mV 的交流信號(hào)，輸出的是 0～200.0mV 的直流信號(hào)，從信號(hào)幅度來(lái)看，并不要求電路進(jìn)行任何放大，但是，正是電路本身具有的放大作用，才保證了其幾乎沒(méi)有損失地進(jìn)行 AC - DC 的信號(hào)轉(zhuǎn)換。因此，這里使用的是低功耗的高阻輸入運(yùn)算放大器，其不靈敏區(qū)僅僅只有 2mV 左右，在普通數(shù)字萬(wàn)用表中大量使用，電路大同小異。

　　在溫度測(cè)量和其他物理及化學(xué)量的測(cè)量中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“零點(diǎn)”的時(shí)候信號(hào)不是零的情況，這時(shí)候，下面的“電橋輸入”電路就被優(yōu)先采用了。可以根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，用傳感器替換電橋回路中的某一個(gè)電阻元件。數(shù)字電壓表的兩個(gè)輸入端也不再有接地點(diǎn)，作為一種典型的“差分”輸入來(lái)使用了。

　　電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個(gè)把 4～20mA 電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示的電路。它的零點(diǎn)就是 4mA 而不是 0mA 。當(dāng)輸入零點(diǎn)電流為 4 mA 的時(shí)候，利用 IN- 上面建立起來(lái)的電壓，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出現(xiàn)的無(wú)用信號(hào)，使得數(shù)字電壓表差分輸入=0，就實(shí)現(xiàn)了 4mA 輸入時(shí)顯示為 0 的要求。隨著信號(hào)的繼續(xù)增大，例如到了 20mA ，對(duì)數(shù)字電壓表來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于差分輸入電流為 20-4=16mA ，這個(gè) 16mA 在 62.5R 電阻上的壓降，就是數(shù)字電壓表的最大輸入信號(hào)。這時(shí)候，把數(shù)字電壓表的基準(zhǔn)電壓調(diào)整到與 16*62.5=1000mV 相等，顯示就是 1000 個(gè)字！

　　應(yīng)用提示：

　　1.數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）的具體應(yīng)用電路是何止千萬(wàn)的，只要掌握了一些最基本的應(yīng)用，就可以舉一反三地越來(lái)越熟練，熟就能生巧，就能按照您的構(gòu)思去得心應(yīng)手地用好它！

　　2.盡管數(shù)字電壓表的輸入阻抗可以達(dá)到 1000 兆歐姆，但是，這個(gè)阻抗僅僅是對(duì)輸入信號(hào)而言的，與通常電力系統(tǒng)泛稱的“絕緣電阻”有著天壤之別！因此，千萬(wàn)不能把高于芯片供電電壓的任何電壓輸入到電路中！以免造成損失或者危險(xiǎn)！

　　3.數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）屬于一種測(cè)量工具，其本身的好壞直接影響到測(cè)量結(jié)果，因此，上面所有例子中，其使用的電阻要求精度均不能低于 1% ，在分流、分壓和標(biāo)準(zhǔn)電阻鏈中，最好能夠使用 0.5% 或者 0.1% 精度的電阻。電路中使用的電容器也要求使用一種俗稱為 CBB 的電容，除各別地方之外，一般是不能使用瓷介電容的。

　　4.不要在電路本身沒(méi)有送上工作電源的時(shí)候就加上信號(hào)，這很容易損壞芯片。斷掉工作電源前也必須先把信號(hào)撤掉。

　　5.數(shù)字電壓表（數(shù)字面板表）的使用和擴(kuò)展應(yīng)用，還必須很好閱讀產(chǎn)品供貨商提供的說(shuō)明書，千萬(wàn)不要急于送電使用它。

　　2. 基于ICL7106的無(wú)源液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（圖）

　　無(wú)源液晶顯示模塊只需串接在兩線制變送器4～20mA回路里，即可顯示測(cè)量工程值或測(cè)量百分比，無(wú)需電池或外接電源

　　4～20mA信號(hào)是兩線制變送器的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。通常在控制室用數(shù)顯表顯示其測(cè)量工程值，或用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集顯示。所設(shè)計(jì)的無(wú)源液晶顯示模塊，只需串接在兩線制變送器4～20mA回路里，即可顯示測(cè)量工程值或測(cè)量百分比，無(wú)需電池或接入電源。可嵌入到現(xiàn)場(chǎng)儀表的表頭就地顯示，或安裝在控制室集中顯示，是一種通用的無(wú)源液晶顯示模塊。

　　工作原理

　　顯示模塊通過(guò)兩個(gè)接線端串接到兩線制變送器的4～20mA回路里，通過(guò)模塊的可調(diào)精密并聯(lián)穩(wěn)壓管產(chǎn)生2.5V的壓降，再經(jīng)過(guò)倍壓提供模塊的5V電源。信號(hào)采樣電阻產(chǎn)生的最大200mV信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的差分輸入端，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行顯示。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用抗工頻干擾強(qiáng)的雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ICL7106，可以直接驅(qū)動(dòng)3位半液晶顯示器，如圖1所示。

　　圖1 無(wú)源液晶顯示模塊電路框圖

　　電路設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)電路如圖2所示。顯示模塊通過(guò)JLOOP端子串接在4～20mA信號(hào)回路。圖中Z1是可調(diào)精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，吸收電流能力1～100mA。輸出電壓可用兩個(gè)外部電阻R3、R4設(shè)置至2.5～30V之間的任何值，考慮到模塊的壓降和ICL7106的工作電壓，這里取2.5V。R10、R11、R12 串并聯(lián)為回路信號(hào)的取樣電阻，對(duì)于不同的顯示量程可便于調(diào)整信號(hào)滿度。

　　圖2 無(wú)源液晶顯示模塊電路圖

　　ICL7660是Intersil公司采用CMOS工藝制成的高效率、小功率低壓直流電源變換器，它不僅可將單電源轉(zhuǎn)換成對(duì)稱輸出的雙電源，還能實(shí)現(xiàn)倍壓和多倍壓輸出，ICL7106的電源即由此獲得。ICL7106也是Intersil公司生產(chǎn)的專門用于驅(qū)動(dòng)LCD的雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，功耗極低，可由電池供電。芯片內(nèi)部有時(shí)鐘電路，外接阻容元件即可構(gòu)成兩級(jí)反相RC振蕩器（圖中R13、C1），內(nèi)部有基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路，在V+與COM之間有一個(gè) 2.8V典型值的基準(zhǔn)電壓源，但考慮到其溫度穩(wěn)定性，這里采用外接精密基準(zhǔn)LM385-1.2V，再由分壓器分壓送到ICL7106的差分基準(zhǔn)輸入端。 Ws電位器用來(lái)微調(diào)顯示滿度以保證Vref+- Vref-＝Vm/2，Vm為滿量程。ICL7106的差分輸入特性使得IN+和IN-可以接受在共模電壓范圍內(nèi)的差分電壓，在V-+1～V+-0.5范圍內(nèi)，A/D轉(zhuǎn)換器具有86dB的共模抑制比。圖中Wz、R6、R7分壓接入測(cè)量輸入IN＋端，Wz用于調(diào)整量程下限。R8、C5組成低通濾波以濾去干擾。M1用于驅(qū)動(dòng)小數(shù)點(diǎn)，DPS用于選擇小數(shù)點(diǎn)顯示位置。LCD SI71263是長(zhǎng)沙太陽(yáng)人公司生產(chǎn)的小型三位半液晶顯示器。整個(gè)電路簡(jiǎn)單實(shí)用，采用表面貼封裝的元件做成小型液晶顯示模塊，可直接嵌入到現(xiàn)場(chǎng)儀表的表頭。

　　無(wú)源液晶顯示模塊的實(shí)現(xiàn)方法切實(shí)可行，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的參考價(jià)值和實(shí)用性。

　　3. 由ICL7106構(gòu)成的3，1 2位數(shù)字電壓表電路圖

　　由ICL7106構(gòu)成的3，1 2位數(shù)字電壓表電路圖

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