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Dokumentenidentifikation DE4336390A1 27.04.1995
Titel Elektronische Zählerschaltung zur zeitlichen Vermessung eines digitalen Signals
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Eitrich, Frank-Thomas, Dipl.-Phys., 72760 Reutlingen, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.1993
DE-Aktenzeichen 4336390
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse G04F 10/04
IPC-Nebenklasse H03K 21/00   F02D 41/00   G01B 21/22   
Zusammenfassung Elektronische Zählerschaltung zur zeitlichen Vermessung eines digitalen Signals beliebiger periodischer Signalform, wobei das digitale Signal aus einem aus einer Serie von gruppenweisen periodischen Ereignissen besteht, mit der in einfacher Weise die Zeit zwischen dem Eintritt zweier den Beginn und das Ende eines bestimmten Zustandes signalisierenden Ereignissen bestimmt werden soll.
Dazu ist vorgesehen, daß ein erster Zähler (10) mit einem Zähltakt (t1) gezählt wird, der durch eine Gatterlogik (16) nur für die Zeit durchgestellt wird, die durch ein erstes Ereignis (E1) und ein letztes Ereignis (E4) einer Ereignisgruppe bestimmt wird und weitere zwischen diesen Ereignissen (E1; E4) liegende Ereignisse (E2; E3) ausgeblendet werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zählerschaltung zur zeitlichen Vermessung eines digitalen Signals beliebiger periodischer Signalform, wobei das digitale Signal aus einer Serie von gruppenweisen periodischen Ereignissen besteht.

Stand der Technik

Es ist bekannt, auf vielen Gebieten der Technik elektronische Zählerschaltungen einzusetzen. Diese dienen der quantitativen Erfassung eines sich stets wiederholenden Vorgangs. Die Zählfunktion wird dabei durch Anlegen einer ereignisabhängigen Taktfrequenz an den Eingang eines zur Zählerschaltung gehörenden Zählers ausgelöst und zählt mit einer ereignisunabhängigen Zählfrequenz. Sofern eine Ereignisbewertung stattfinden soll, wird eine Gatterlogik vorgeschaltet, mit der einzelne Taktimpulse gezielt ausgeblendet werden können. Hierdurch wird erreicht, daß der Zähler entsprechend langsamer zählt und damit eine ereignisabhängige Wertung des Zählerstandes möglich ist.

Bei der Messung einer zeitlichen Länge eines Signals ist es bekannt, an den Eingang eines zu einer Zählerschaltung gehörenden Zählers ein Taktsignal mit einer festen Frequenz anzulegen. Durch eine Gatterlogik wird dieses Taktsignal nur während der interessierenden Signal zeit zum Zähler durchgeschaltet und ansonsten ausgeblendet. Während der Ausblendung des Taktsignals zählt der Zähler somit nicht. Bei einer Rücksetzung des Zählerstandes während der nicht interessierenden Signalzeit auf einen vorgegebenen Rückstellwert entspricht der Zählerstand näherungsweise der zeitlichen Länge des Signals. Ohne eine Rücksetzung auf den Rückstellwert entspricht die Zählerstandsdifferenz der zeitlichen Länge des Signals. Soll diese bekannte Zählerschaltung beispielsweise bei der zeitlichen Vermessung eines digitalen Signals beliebiger periodischer Signalform eingesetzt werden, ist es jedoch nachteilig, daß, wenn der Zählerstand des Zählers zu einer weiteren Bewertung von die Dauer des digitalen Signals bestimmenden Ereignissen herangezogen werden soll, besonders kurze Reaktionszeiten aufgrund einer Vielzahl zu registrierender Ereignisse nur durch sehr umfangreiche Schaltungen bzw. Programmstrukturen möglich sind.

Vorteile der Erfindung

Die elektronische Zählerschaltung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß eine zeitliche Vermessung eines digitalen Signals beliebiger periodischer Signalform mit einfachen, leicht zu realisierenden Schaltungsbausteinen möglich ist. Dadurch, daß ein erster Zähler mit einem Zähltakt gezählt wird, der durch eine Gatterlogik nur für die Zeit durchgestellt wird, die durch ein erstes Ereignis und ein letztes Ereignis einer Ereignisgruppe bestimmt wird und weitere zwischen diesen Ereignissen liegende Ereignisse ausgeblendet werden, ist es sehr vorteilhaft möglich, nach einer erstmaligen Synchronisation der Zählerschaltung selbständig nahezu jedes periodische digitale Signal ohne weitere Eingriffe nach der Initialisierung zu verarbeiten und gleichzeitig, selbst bei eventuellen fehlerhaften Signalen, einen aktuellen Zählerstand anzugeben, der der tatsächlichen Länge des gerade anliegenden digitalen Signals entspricht. Der Zählerstand des Zählers kann dabei vorteilhafterweise gespeichert werden, so daß bei der Bestimmung einer nächsten zeitlichen Länge eines digitalen Signals dieser für weitere Steuerungsfunktionen abgegriffen werden kann. Damit ist insgesamt eine Vereinfachung der elektronischen Zählerschaltung möglich, da die Darstellung und Weiterverarbeitung des Zählerstandes weitgehend von echtzeitkritischen Aufgaben, die eine besonders kurze Reaktionszeit erfordern, befreit sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht eines möglichen digitalen Signals;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zeitlichen Vermessung eines digitalen Signals;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsvariante der Fig. 2;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsvariante der Fig. 2 und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsvariante der Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist am Beispiel eines Segmentgebers eine Nockenwelle einer Sechszylinderbrennkraftmaschine der mögliche Verlauf eines digitalen Signals gezeigt. Auf einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist dabei ein Segmentsignalgeber angeordnet, der über den Umfang verteilte Segmente aufweist. Es ist eine Ereignisperiode P dargestellt, innerhalb der eine bestimmte Anzahl von Ereignissen E detektiert wird. Die Ereignisse E werden dabei durch positive und negative Flanken der auf dem Geberrad angeordneten Segmente durch eine geeignete Sensorerkennung erzeugt. Auf dem Geberrad ist jedem der sechs Zylinder Z1 bis Z6 ein Segment bzw. eine Segmentlücke zugeordnet. So wird durch die Zuordnung der Ereignisse E1 bis E4 der erste Zylinder Z1 charakterisiert. Das heißt, durch eine Signalisierung des Eintritts des Ereignisses E1 kann eine hier nicht weiter dargestellte Steuerung, beispielsweise eine Zündungssteuerung, die den Zylinder Z1 betrifft, ausgelöst werden. Durch das Ereignis E4 und E5 wird in gleicher Weise der Zylinder Z2 charakterisiert und die weiteren Zylinder durch die entsprechenden durch die Segmente hervorgerufenen Ereignisse. Die jeweils einem Zylinder zuzuordnenden Ereignisse bilden dabei eine Ereignisgruppe. Da bei der Motorsteuerung sowohl der 360° als auch der 7200 Winkel der Nockenwelle zu beachten sind, ist in wenigstens zwei den Zylindern zugeordneten Segmenten bzw. Segmentlücken wenigstens ein Zwischenereignis zu detektieren, hier E2 und E3, damit der 360° bzw. 720° Winkel unterschieden werden kann. Da die Ereignisse E2 und E3 nur, wie bereits erwähnt, zu bestimmten Steuerungszwecken notwendig sind, ist es notwendig, diese beispielsweise bei einer Segmentzeitmessung zwischen den Ereignissen E1 und E4 auszublenden. Würden die Ereignisse E2 und E3 nicht ausgeblendet, würde der hier mit S gekennzeichnete digitale Signalverlauf ausgewertet werden. Damit ist eine Zuordnung einer Segmentzeitlänge zu dem zugehörigen Zylinder nicht möglich. Bei der weiteren Erläuterung der elektronischen Zählerschaltung wird nunmehr auf die in Fig. 1 gezeigte beispielhaft dargestellte Abfolge der Ereignisse E Bezug genommen.

In der Fig. 2 ist eine elektronische Zählerschaltung gezeigt, die einen Zähler 10 aufweist, der mit einem Zähltakt C2 am Eingang 12 gezählt wird. Der Zähltakt C2 wird durch einen Zähler 14, der mit einem von der Anzahl der Ereignisse E abhängigen Zähltakt to gezählt wird und einer Gatterlogik 16 sowie einem externen Zähltakt t1 erzeugt. Somit wird erreicht, daß durch die Beeinflussung des Steuersignals C1 der Zähler 10 eine bestimmte Zählerstandsveränderung seines Zählerstandes Q2 erfährt, so daß über den bekannten externen Zähltakt t1 und der Differenz zwischen dem Zählerstand Q2 zum Beginn des Steuersignals C1 und zum Ende des Steuersignals C1 auf die Zeit geschlossen werden kann, in der das Steuersignal C1 anliegt.

Der Zähler 14 zählt dabei die Ereignisse E, beginnend mit einem externen Synchronisationssignal t3. Das externe Synchronisationssignal t3 kann dabei durch geeignete Maßnahmen an dem Segmentgeberrad der Nockenwelle zeitgleich mit dem Ereignis E1 detektiert werden. Das Synchronisationssignal t3 setzt den Zähler 14 auf einen Rückstellwert, der vorzugsweise Null beträgt. Beginnend von diesem Rückstellwert beginnt der Zähler 14 die Anzahl der Ereignisse während der Ereignisperiode P zu zählen. Die Anzahl der erwarteten Ereignisse E während der Ereignisperiode P ist dem Zähler 14 dabei als Wert D1 bekannt. Der Zählerstand des Zählers 14 wird in die Gatterlogik 16 eingelesen, die in Abhängigkeit des Zählerstandes den Zähltakt C2 bereitstellt. Da der Zähltakt C2 nur für die Zeit anliegen soll, in der das digitale Signal S für einen Zylinder Z bzw. damit einem Segment anliegen soll, sind im in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Ereignisse E2 und E3 auszublenden.

In der Fig. 3 wird eine Variante der Ausblendung der Ereignisse E2 und E3 verdeutlicht. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und hier nicht nochmals erläutert. Die Anzahl der erwarteten Ereignisse E werden hier von einem Register 18 in Form des Wertes D1 an den Zähler 14 zur Verfügung gestellt. Der Zähler 14 beginnt mit dem Synchronisationssignal t3 die Anzahl der Ereignisse E, die durch die Taktfrequenz to vorgegeben wird, zu zählen. Der sich mit jedem Eintritt eines nächsten Ereignisses E ändernde Zählerstand Q1 des Zählers 14 wird in eine Tabelle 20 übernommen. Die Tabelle 20 ist dabei beispielsweise als Festwertspeicher oder programmierbarer Speicher ausgeführt. In die Tabelle sind die erwarteten Ereignis E1 bis En gespeichert, wobei die Tabelle 20 so angelegt ist, daß sie weiß, daß dem Ereignis E1 der Beginn des dem Zylinder 1 zuzuordnenden Segments zuzuordnen ist und dem Ereignis E4 das Ende des dem Zylinder 1 zuzuordnenden Segments und der Beginn des dem Zylinder 2 zuzuordnenden Segments zuzuordnen ist. In dieser Form ist jedes der erwarteten Ereignisse E innerhalb der Ereignisperiode P in der Tabelle 20 codiert. Indem sich nun der Zählerstand Q1 des Zählers 14 in Abhängigkeit des Eintritts des jeweils nächsten Ereignisses E ändert, kann die Tabelle 20 jeden Zählerstand Q1 dem entsprechenden Segment eines Zylinders Z zuordnen. Hierdurch wird erreicht, daß die Tabelle 20 ein Steuersignal C1 zur Verfügung stellt, das genau der Länge entspricht, in der jeweils ein einem Zylinder Z zuzuordnendes Segment durch den die Ereignisse E bereitstellenden Sensor erfaßt wird. Die Gatterlogik 16 bildet dann aus dem externen Zähltakt t1 und dem Steuersignal C1 den Zähltakt C2, so daß der Zähler 10 entsprechend der dem Steuersignal C1 gegebenen Information einen Wertebereich durchläuft. Der durchlaufene Wertebereich steht dann als Zählerstand Q2 zur Verfügung und kann beispielsweise zu einer zylinderabhängigen Steuerung, insbesondere einer Zünd-Zeit-Steuerung, oder einer Ventilansteuerung genutzt werden. Über das Synchronisationssignal t3 und das Register 18 ist eine zyklische Wiederholbarkeit der Zeitmessung der einzelnen Segmente innerhalb der Ereignisperiode P gewährleistet. Durch den bekannten Wert D1 der erwarteten Ereignisse aus dem Register 18 ist es möglich, die elektronische Zählerschaltung nur einmalig mit dem Synchronisationssignal t3 zu beaufschlagen, da der Zähler 14 bei Erreichen der erwarteten Anzahl von Ereignissen automatisch auf seinen Rückstellwert, vorzugsweise den Wert Null, zurücksetzt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer Möglichkeit, die nicht zu einer Segmentzeitbestimmung benötigten Ereignisse E2 und E3 auszublenden. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Die Tabelle 20 wird hier durch einen Relativspeicher 22 ersetzt, der die Funktion der Tabelle 20 und eines Vergleichers 24 gleichzeitig übernimmt, das heißt, den sich ändernden Zählerstand Q1 des Zählers 14 den jeweiligen Segmenten der Zylinder Z zuordnet. Hierdurch ist es möglich, auf das Synchronisationssignal t3 zu verzichten.

Gemäß einer weiteren, in den Fig. 3 und 4 nicht gezeigten, Ausführungsvariante ist es möglich, den von dem Eintritt der Ereignisse E abhängigen Takt t0 mit dem Zähltakt C2 zu verknüpfen, so daß die Tabelle 20 bzw. der Relativspeicher 22 stets das Verhalten des Zählers 10 bei dem nächsten erwarteten Ereignis E vorbestimmt. Hierdurch wird es möglich, das Zeitverhalten der Tabelle 20 und der Gatterlogik 16 bzw. des Relativspeichers 22 und der Gatterlogik 16 sehr unkritisch zu gestalten, so daß auch langsamere Logiken und Teilschaltungen verwendet werden können.

In der Fig. 5 ist eine weitere Variante der Ausblendung der nicht zur Segmentzeitbestimmung benötigten Ereignisse E2 und E3 gezeigt. Der Wert D1 der Anzahl der erwarteten Ereignisse E wird hier aus einer Tabelle 26 bereitgestellt, in die der Zählerstand Q3 eines Zählers 28 eingelesen wird. Die Tabelle 26 teilt dabei dem Zähler 14 die Anzahl der auszulassenden Ereignisse E in dem von dem Eintritt der Ereignisse E abhängigen Zähltakt to mit. Der Zähler 14 zählt somit die auszulassenden Ereignisse intern mit, ohne seinen Zählerstand Q1 zu verändern und verändert diesen erst dann, wenn die entsprechende Anzahl von Ereignissen ausgelassen ist. Der Zähler 28 wird dabei durch ein Steuersignal C3 rückgekoppelt, so daß dieser seinen Zählerstand Q3 entsprechend der Anzahl der tatsächlich eingetretenen Ereignisse E verändern kann. Die Anzahl der erwarteten Ereignisse innerhalb einer Ereignisperiode P bzw. einer Ereignisgruppe wird dem Zähler 28 als Wert D3 aus einem Register 30 eingelesen. Der Zähler 28 zählt die Ereignisgruppe und teilt über den Zählerstand Q3 der Tabelle 26 mit, wieviel Ereignisse in der gerade anliegenden Ereignisgruppe auszulassen sind. Durch diese Variante wird erreicht, daß der Zähler 10 gemeinsam durch die Zähler 14 und 28 gesteuert wird, indem von deren momentanen Zählerstand Q1 bzw. Q3 der Zähltakt C2 abhängt.

In den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Varianten ist der Schaltungsaufwand für die Tabelle 20 bzw. 26 proportional abhängig von der Anzahl der Ereignisse E pro Ereignisperiode P bzw. von der Anzahl der Zeitmessungen, also der Segmente pro Ereignisperiode P. Dieser Schaltungsaufwand läßt sich dadurch verringern, daß bei einer lückenlosen Zeitmessung zwischen den einzelnen Segmenten, das heißt im gezeigten Beispiel das Ereignis E4, gleichzeitig das Ende des dem Zylinder 1 zuzuordnenden Segments anzeigt und den Beginn des dem Zylinder Z2 zuzuordnenden Segments anzeigt, das Ende des ersten Meßvorgangs gleich den Beginn des nächsten Meßvorgangs auslöst. Der zu jedem Segmentende angezeigte Zählerstand Q2 des Zählers 10 kann gegebenenfalls für weitere Auswertungen zwischengespeichert werden bzw. die Zählerstände Q2 zum Ende jeden Segments können kumuliert werden.

Insgesamt wird deutlich, daß die in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Schaltungen jedes periodischen digitalen Sensorsignals S ohne weitere Eingriffe nach einer erstmaligen Initialisierung durch das Synchronisationssignal t3 selbständig verarbeiten können. Durch die Plausibilitätsprüfungen durch die Tabelle 20 bzw. den Relativspeicher 22 kann ein Großteil der möglichen Signalfehler aus dem Ereignistakt t0 und dem Synchronisationssignal t3 ausgefiltert werden. Fehlerhafte Signale, die trotz der Plausibilitätsprüfung die Zählerschaltung erreichen, richten nur wenig Schaden aus, da einzelne Fehler spätestens nach der nächsten Synchronisierung durch das Register 18 bzw. 30 korrigiert werden. Weiterhin ist eine schnelle Erkennung eines eventuellen Ausfalls des Ereignistaktes t0 durch einen daraus resultierenden Zählerüberlauf des Zählers 10 möglich.

Die Erfindung kann beispielsweise in folgenden zwei Anwendungsfällen eingesetzt werden.

Im ersten Anwendungsfall wird mit dem externen Zähltakt t1 mit fest vorgegebener Frequenz gezählt, wobei am Ende jedes Segments Z1, Z2, . . ., Z6 (vgl. Fig. 1) der Zählerstand Q2 der zeitlichen Länge dieses Segments entspricht.

Im zweiten Anwendungsfall wird die Gatterlogik 16 modifiziert, so daß der Zählertakt C2 derart variiert wird, daß der Zähler 10 zum Ende jedes Segments Z1, Z2, . . ., Z6 (vgl. Fig. 1) einen jeweils vorgegebenen Wert erreicht. Die Regelung dieses Zähltakts geschieht nach dem bekannten PLL-Prinzip (Phase locked loop).


Anspruch[de]
  1. 1. Elektronische Zählerschaltung zur zeitlichen Vermessung eines digitalen Signals beliebiger periodischer Signalform, wobei das digitale Signal aus einer Serie von gruppenweisen periodischen Ereignissen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zähler (10) mit einem Zähltakt (t1) gezählt wird, der durch eine Gatterlogik (16) nur für die Zeit durchgestellt wird, die durch ein erstes Ereignis (E1) und ein letztes Ereignis (E4) einer Ereignisgruppe bestimmt wird und weitere zwischen diesen Ereignissen (E1; E4) liegende Ereignisse (E2; E3) ausgeblendet werden.
  2. 2. Elektronische Zählerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterlogik (16) Mittel aufweist, die den Zähltakt (t1) in einem Teilungsverhältnis zum ersten Zähler (10) durchstellen, so daß zu jedem Ereignis (E1; E2; E3, . . .) ein vorgegebener Zählerstand (Q2) des ersten Zählers (10) erreicht wird.
  3. 3. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand (Q2) des Zählers (10) mit jedem letzten Ereignis (E4) einer Ereignisgruppe in einem Register zwischengespeichert wird.
  4. 4. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (10) mit einem Synchronisationsereignis (t3) auf einen Rücksetzwert, vorzugsweise Null, gesetzt wird.
  5. 5. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatterlogik (16) ein zweiter Zähler (14) zugeordnet ist, der die Anzahl der Ereignisse (E) während einer Ereignisperiode (P) und jeder Ereignisgruppe zählt.
  6. 6. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Zähler (14) die Anzahl der zu erwartenden Ereignisse (E) bekannt ist.
  7. 7. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der Anzahl der Ereignisse (E) entsprechende Zählerstand (Q1) des zweiten Zählers (14) durch eine Tabelle (20) überprüft wird, die nur die ersten und letzten Ereignisse (E1; E4) jeder Ereignisgruppe durchstellt.
  8. 8. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabelle (20) als Festwertspeicher ausgebildet ist.
  9. 9. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabelle (20) als programmierbarer Speicher ausgebildet ist.
  10. 10. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabelle (20) als Relativspeicher (22) ausgebildet ist.
  11. 11. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Zähler (14) ein dritter Zähler (28) zugeordnet ist, der die Anzahl der Ereignisgruppen zählt und dessen Zählerstand (Q3) in eine Tabelle (26) geladen wird, die dem zweiten Zähler (14) die Anzahl der auszulassenden Ereignisse (E) der gerade gezählten Ereignisgruppe mitteilt.
  12. 12. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ereignisse (E) durch einen Drehwinkelgeber erzeugt werden und zyklischen Winkelinformationen eines Aggregats entsprechen.
  13. 13. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ist.
  14. 14. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist.
  15. 15. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Zählerschaltung in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine zur Nachbildung der Nockenwelle eingesetzt wird.
  16. 16. Elektronische Zählerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Zählerschaltung in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine zur Nachbildung der Kurbelwelle eingesetzt wird.






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