笙泉

MG32F02V绚丽登场,强悍功能

MG32F02V系列是笙泉最新推出的Arm® Cortex®-M0系列的产品,该系列有着超高性价比、低功耗等优点。

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目前MG32F02V系列主攻低脚位市场,有TSSOP20、QFN32、LQFP32三种主流封装,适用于各种不同的应用,不管是需要小空间占用,还是要泛用性强的布局均可匹配,以下为各位介绍此全新M0芯片的其他优异特点和强悍功能。

1. 低功耗: 

此次MG32F02V系列着重加强了MCU的低功耗性能,在VDD=3.3V的情况下,功耗仅1.25µA,是笙泉目前功耗最低的一颗MCU,甚至比一些对手的M0+功耗还要低,因此很适用于一些锂电应用。

2. 宽电压:

MG32F02V032支持1.8~3.6V的工作电压,可以达成更低的功耗,电压范围比竞争者产品(STM32F030)宽。

3. PWM: 

MG32F02V也加强了PWM输出能力,有二种频率可供选择,且相较于MG32F02A系列,PWM升级到6CH 16-Bit;相较于竞争者产品(STM32F030),PWM时钟频率提升至96MHz,可输出更高频。

4. ASB (ARGB Serial Bus):

MG32F02V系列还带来了硬件控制ARGB灯条的ASB总线,可以非常轻松地控制诸如WS2812B的ARGB灯条。这条ASB总线带有4个通道,因此,可以一次性接4组不同的灯条,可点亮1万颗灯珠,大幅节约成本。藉由硬件控制且搭配DMA,比传统模拟SPI快5倍以上。

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传送14颗ARGB的效能比对 (@CPU=48MHz)

5.pngMG32F02V系列在ARGB方面之应用

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5. NCO: 

NCO (Numerically Controlled Oscillator):数字控制震荡器

 - 无需调整主频即可输出很细致的PWM频率 (20-Bit)

 - 微调PWM频率的同时不影响其他外设时钟 - 最高的输出频率是主频的一半

基于NCO功能的高频精度、线性频率控制、固定占空比,可应用于音响功放机。

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6. CCL: CCL (Configurable Custom Logic: 可定制逻辑)的好处:

1).它是相当实用方便功能: 实时输出逻辑讯号,省CPU耗能

2).省去逻辑门IC (与、或、非…),可简化电路设计,精简成本

3).当终端产品出问题时,多用此硬件做修补

笙泉科技MG32F02V032支持2组CCL:

1).三合一真值表

2).时钟同步或过滤

3).输入上升沿、下降沿、或双沿检测

4).时序逻辑为: D触发, JK触发, D锁存和RS锁存

5).输出反相

CCL应用例: 切换灯控中的左转灯/右转灯/双闪灯、光机电控制、汽车HID灯控…等多种控制逻辑整合。

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完美搭配代码助手(MG32CoGen)

除上述出色的优势外,在软件/韧体方面,MG32F02V系列还支持图形化的代码配置助手 MG32CoGen 2.0,让用户快速配置好所有要用到的外设,用户不再惧怕上手没用过的芯片,从而浪费大量的时间。

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与竞者比较

下表是MG32F02V系列与STM32F030系列的硬件资源差异。

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笙泉科技拥有完整的生态系统Eco System (例如: 技术/应用手册、驱动程序、量产工具、MG32CoGen与大量参考代码…等),藉由专业FAE团队提供客户MCU开发之技术支持和完善的服务,帮助客户及时解决开发及量产过程中遇到的问题,协助客户快速量产出货,提升客户产品竞争力。

来源:megawin笙泉科技

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充电枪/桩基建需求旺

新能源汽车作为目前大火的产业,在中国,乃至全世界,都在以超快的速度普及,而新能源汽车目前最稀缺,且需求量最大的,就是配套的充电设施。依据中国充电联盟发布的资料,截止2023年10月,中国全国充电基础设施累计数量为795.4万台,同比增加68.9%,而随着新能源汽车的持续发展,未来充电基础设施的建设数量将会迎来进一步的提升,可见充电枪/桩的市场空间广阔。

新能源汽车的充电设施大致分为两大类:"直流型充电设施"和"交流型充电设施"。直流型充电设施普遍来说速度会比较快,如400V、甚至800V的超高电压的快速充电桩,往往可以达到100kW以上,就算是家用的车库直流充电桩,也能达到10~20kW的功率,速度较快;而交流型充电桩的速度一般都是比较慢的,普遍是在7kW或11kW的功率,因此体积较小,也因此出现各种便携型充电枪,方便车主在各种环境下充电。

交流与直流充电桩比较 

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资料来源:iiMedia Research、信达证券,2023/6

但不论是直流型还是交流型,控制整个充电流程,仍得藉由MCU来控制的,而笙泉科技因应新能源汽车市场需求而生的MCU, 可以发挥那些功效呢?让我们接着往下看。

MG32F157系列

笙泉科技首颗带CAN总线的32位MCU (MG32F157),配备了最大256KB的Flash,同时RAM空间最多有64KB,完全可以满足充电桩/充电枪的使用需求。

交流型的充电桩/充电枪,是不需要CAN总线的,但是需要国标的协议,因此需要比较大的Flash空间,此外,MG32F157系列主频最高可达96MHz,可迅速地在系统上电时完成自检,并进入工作状态。

不仅如此,MG32F157系列大部分的引脚支持5V IO容忍功能,对接其他的5V模块,不需要电压转换电路或者芯片,可以减小Layout面积,降低PCBA成本。

此外,MG32F157系列内置3组12位ADC,且其中两组ADC可以同时进行采样,除此之外,MG32F157系列还内置了3个OPA,均可以连接到ADC前端,因此很适合用来做充电桩的电流测量。

直流型充电桩与交流型不同,直流型充电桩需要CAN总线,而MG32F157系列支持1组CAN 2.0B总线,支持FD帧格式,这样不管是直流还是交流型,均采用同一款芯片,可以让客户端方便开发、备货。

应用框图: 交流型

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应用框图: 直流型

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来源:megawin笙泉科技

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LED户外照明市场概况

伴随着各国政府智能城市之基础建设,LED户外照明有着广阔的应用前景,例如街道、高速公路、公园等公共场所、商业场所、户外停车场以及大学/学院校园...等。随着节能意识提升,世界各地越来越多的城市正在采用更智能的LED户外照明来降低营运成本,同时提高系统效率并确保安全。根据Markets and markets报告,2022年全球LED户外景观照明市场约257亿美元,预计到2027年将成长至515亿美元 ,2022~2027年复合年增长率(CAGR)为14.9%。其中中国和日本是亚太地区户外景观照明的主要市场,该地区的市场成长将快于其他地区的市场成长。

为使照明系统具备智能化的特性,透过LED灯具内置的微控制器(MCU),可实现亮度自动调整、颜色自动变换、环境感测、远程控制和监控、节能模式和情景设置等功能,使LED的应用性更丰富,并提高能源使用效率。

应用场景:  LED景观照明

针对户外LED景观照明应用的MCU需求,笙泉科技对应的MCU系列有 8051系列 ( MG82F6D64/6D32/6D17/6D16 ) 和M0系列 (MG32F02V032) 等选择。在LED灯控应用上,纵然调光时可满足丰富的颜色变化,但在”灯条的色彩改变上却仍不够细致”,无法实现色彩改变的绵密性,因此需搭配锁相回路(PLL)与可程序计数器数组(PCA)产生高速PWM以强化LED灯控达到更细致绵密的效果,其中8位MCU (MG82F6D17) 可输出144MHz 高速PWM,适可满足此细致绵密调光之需求。

另外,放置在户外的各式LED景观灯极易面临日夜温差状况的挑战,当温度造成的频飘影响PWM的输出,会间接造成LED颜色的色差。然而笙泉MCU已强化内部震荡电路稳定性,具有极低的频率漂移,能够让产品适用于户外的灯控需求。

MCU (MG82F6D系列) 特点: 

●96/144MHz PWM时钟源

●8个12位ADC外部输入通道, 可编程转换率最高达1.2Msps

●操作温度下具极低的频率漂移 (常温±1%,全温±2%)

●工业级工作温度:-40℃~+105℃ 

●高速增强型UART,最大波特率最可达6MHz

●具有2个带滤波器的外部中断,且有KBI

●慢频模式和副频模式支持低速MCU运转,RTC模式在掉电模式下支持实时时钟恢复CPU

(*MG82F6D系列涵盖MG82F6D64/6D32/6D17/6D16等)

LED户外灯应用方框图: 

(以MG82F6D17为例)

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笙泉科技MCU LED 照明应用案例分享:

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中国华东区LED灯桥 (实景图1)

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中国华东区LED灯桥 (实景图2)

不同LED户外照明与MCU支持功能:

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来源:megawin笙泉科技

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车用MCU需求强劲

受益于汽车电动化、智慧化、网联化程度加深,汽车电子在全球MCU(微控制器单元)下游构成占比逐年升高至35~40%,据Daedal Research于2023年3月的最新报告,2022年全球车用MCU市场规模为64.2亿美元,预计到2028年将达到93.5亿美元,2023-2028年CAGR为6.5%。而MCU作为汽车电子的核心,其单台车子的MCU需求用量可超过数百颗,更突显车用MCU的强劲市场需求。

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通过AEC-Q100认证,迈向车用市场

与消费级、工业级电子组件相比,汽车电子组件需要面对更为苛刻的外部工作环境,使用寿命要求更长,可靠性和安全性要求更高。笙泉科技MGEQ1C064AD48于近期已通过AEC-Q100 (Grade 2)认证,满足车规级产品工作环境恶劣的要求,可帮助实现车载应用和控制等支持,协助客户加速方案开发、缩短产品量产时程。

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笙泉科技MGEQ1C064AD48符合车用高可靠性及稳定性车用要求,是一款面向车身控制应用、符合 AEC-Q100认证的车规MCU,可广泛用于多种车用场景,例如车用灭火器、车窗、雨刷、智慧车锁、车内空调、氛围灯、电动座椅、电动尾门、动态尾灯等车身控制系统、车用照明系统、仪表板、车载影音/娱乐音响、中控导航,以及车载无线充等智能座舱系统。

通过车规AEC-Q100认证更加帮助笙泉科技车用MCU芯片市场的开发与广度拓展,展望未来新能源汽车新兴市场,笙泉科技仍将持续加强车用电子产品线,下一目标则是通过ISO 26262,更严谨的全面规范汽车零部件以及芯片功能安全的基本规则,俾能逐步切入汽车厂商供应链体系中。

来源:megawin笙泉科技

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储能电源结构

储能电源拆解后可以分为三块功能板:前面板、BMS板、逆变板。这三块功能板均可以采用笙泉Megawin的MCU。

之前的文章,我们曾讲述储能电源前面板中使用的MCU以及储能电源BMS板上使用的MCU,还未看过这两篇文章的朋友可以再往前翻阅查看。

前文:

笙泉MCU在储能电源中的作用(1): 前面板

笙泉MCU在储能电源中的作用(2): BMS板

而这一期,我们将着重讲解储能电源中,逆变板使用的MCU。

逆变器简介

简单地说,逆变器就是一种将直流电(DC)转变为交流电(AC)的电子设备。因为我们通常是将220伏(V)交流电(AC)整流变成直流电(DC)来使用,而逆变器的作用与此相反,因此而得名。

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图: 储能电源逆变板的结构图

那么,直流要如何转单相交流电,以向各种电器进行供电呢?答案是透过H桥电路和弦波PWM (请参考底下的图)。

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中国大陆地区家庭用电一般是单相电,因此,只需要用H桥做单相频率50Hz的弦波PWM即可,只要透过周期性的改变PWM占空比,就可以实现输出一个弦波。

MG82F6D系列

笙泉Megawin 8位MCU MG82F6D32/64配备32/64KB的Flash,同时CPU频率最快可达36MHz,可以满足储能电源中,逆变器的程序部分的使用需求。

此外,MG82F6D32/64的PWM时钟源最高可达144MHz,同时还带有死区控制,保护MOS,在如此高的PWM可细腻地调节PWM占空比,让输出的弦波更加线性,更好地满足交流用电器的供电需求。

不仅如此,MG82F6D系列带有12bit 1.2Msps ADC,能精准测量电池的电压和充放电电流。同时,MG82F6D系列出厂内置校准过的内部参考电压,助力ADC采集精度更上一层楼。

MG82F6D32/64还内置了最多3组轨对轨比较器,可用于快速过压和过流检测并产生中断,且比较器支持睡眠模式继续工作的功能,保障逆变系统的安全。

MG32F02A系列

笙泉32位MCU MG32F02A系列配备32/64/128KB的Flash,完全可以满足储能电源的逆变板的使用需求。

MG32F02A系列主频达48MHz,带32位硬件除法器, 与8位MCU相比,它可节省大量弦波计算花费的程序空间和时间。

再者,MG32F02A系列的PWM时钟源最高可达48MHz,同时还带有死区控制,足够输出50Hz的弦波PWM。同时,最高16位PWM输出,可以非常细腻的调节PWM占空比。

MG32F02A具备最高1.5Msps的12位ADC,内置4倍放大64阶细分的可编程放大器(PGA),可以用于检测电流等功能且不容易因OP放大倍率过高而截止。此外,MG32F02A064/128还支持2.4V ADC内部基准电压,进一步加强ADC采集精度。

MG32F02A系列也带有2组比较器,足以逆变板使用,且MG32F02A064/128还内置12bit电压型DAC,并可以输出到比较器中充当比较电压,节省外部搭比较电路的成本。

应用框图

3.png来源:megawin笙泉科技

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高成长的工控应用市场

MCU(微控制器)的功能日趋完善, 也逐渐被应用到各产业,其中工业控制是MCU仅次于汽车电子的第二大应用市场,工控MCU占中国MCU市场的12%,2021年产值约35亿RMB (依据: IC Insights和前瞻产业研究院整理资料)。

笙泉科技近年产品皆以开发工规等级芯片为主,以-40~105℃ 工规温度需求与高质量的抗干扰为主要利基点,且在中国大陆工控市场已打入多元相关应用,已成功打入的相关应用设备如: 工控自动机台与工业遥控设备、工业仪表/电表与检测仪器、PID 控制与工控 process control、水控系统与农业自动化、光电开关与光纤转接、停车场与门禁网关控制、电梯显示面板、太阳能充电板、户外传感器…等。

MCU在工控应用上,其耐受温度范围、稳定性、可靠性、不良率等要求都比应用于消费电子产品更为严苛,这对MCU的设计制造、封装测试流程都有较高水平的质量要求。而笙泉的MCU芯片以其可靠性高、抗干扰能力强、高精度、速度快、效率高等特点,恰好能满足更严苛的工控应用要求,并赢得市场和业界的认可。

8位MCU: MG82F6D系列

6D系列MCU具备高速模拟输入、硬件检查机制、高速讯号传输、高规格抗干扰、高速PWM、独家Keil Wizard工具…等特色(如下图),能实现的工控应用也十分广泛 。

6D家族强悍特色

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笙泉后续的拓展:

1. 针对无线充应用,笙泉科技即将推出带有硬件endecoder功能的8位机,来实现PD加速 (PD: Power Delivery) 。

2.工业仪表与家电主板: 升级版5B32

升级版5B32系列其CPU主频提升到了32MHz,系统频率则提升到50MHz,对用户的一些译码或算法运算有很大的速度提升。旧版5B仅支持10位ADC/200K转换率,而升级版5B系列则可达到12位/400K转换率。升级版5B系列也保留了原有的倍频器特色,96MHz PWM时钟源, 可应用在雾化器、BLDC、家电主板、工业仪表, 衡器…等方面。

此外,升级版5B系列可选内部参考电压作为ADC基准电压(选2.4V) ,在12bit ADC情况下加强精度。此系列也提升至符合工规等级的温度规格范围(-40~105℃ ) (详见底下表格) 。

笙泉8051 新5B系列

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3.BLDC马达控制方面: 

笙泉陆续推出BLDC有感系列MCU,包括MDRH40、MDRHA0、MDRH05, 以及另有MDSF40(无感系列), 这些方案可适用于小型风扇、冷气排水泵、离心风机、风筒…等BLDC应用产业。

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另外,随着工业控制的可靠性及稳定性要求的提升,笙泉M3系列产品也能满足多元缤纷的应用,诸如工控、工业仪表、电机控制、电梯控制、户外储能、热敏打印机、高端智能电子锁、安防设备、四轴航模…等各种领域。然而,近年来CAN总线在众多应用场景中也得到广泛的应用,因此笙泉M3带CAN总线的全新MCU也很快会跟大家见面,敬请期待。

来源:笙泉MCU在工控方面的应用(1)笙泉MCU在工控方面的应用(2)

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FOC控制概述

FOC(Field-Oriented Control)即磁场定向控制,也称矢量变频,是目前高效控制无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)的最优选择。无刷直流电机(BLDC / BLDCM: Brushless Direct Current Motor)克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器。FOC 能精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。

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基于FOC机制来感测和控制 BLDC,因此它不需要外部霍尔组件。也可适应电机电流的变化,能完善地运作于可变转矩负载应用,最终提高电机功率因子。目前FOC机制已在很多应用上逐步替代传统的控制方式,在运动控制行业中备受瞩目。

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FOC框图

上面框图不难看出FOC的原理复杂、计算量大,所以需要很高成本的控制器,这也使得FOC在很多应用场景下需要设置更多软件人才来处理复杂的演算法。

笙泉BLDC MCU: 应用于FOC无感控制

为解决以上复杂软件问题,笙泉BLDC MCU的FOC无感控制系列采用双核设计:8051内核+ MOC(电机控制: Motor Controller)内核(如下简易架构图所示)。8051内核用于对MOC的参数配置和其它日常事务控制,MOC内核用于完成电机的FOC运算控制。繁琐的FOC运算控制不再由软件完成,而是交给硬件MOC去处理,不需要大量Flash 空间来写演算法,这也是笙泉BLDC MCU的一大优势。笙泉的无感MDSF40 / MDRFD0系列可应用于新风机系统、低压吊扇、高转速风筒…等,亦提供完整的参考设计予客户。

MDSF40 简易架构:

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MDRFD0 简易架构:

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3相PMSM/BLDC FOC 无感MCU

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* * * (未完待续) * * * 

来源:megawin笙泉科技

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BLDC控制概要

无刷直流(BLDC)电机是一种普及的电机类型,目前应用在家电,医疗,工业自动化设备和仪器等行业中。无论是日常设备或较复杂的机器常会使用到无刷直流电机(BLDC),才能将电能转换为旋转运动。两者原理类似, 但BLDC需要一个复杂的控制器来将直流电元转换为三相交流电源, 而有刷可以通过直流电压轻松控制。

BLDC 相对于传统有刷电机,使用电子换相代替了电刷换相,它有许多优点,其中包括:更宽的转速范围、更低的噪音、更快的动态相应、更高的效率。此外,由于输出转矩与电机体积之比更高,可以使用于更小空间和更轻重量的应用需求。再者,BLDC需要的维护也较少,因此和有刷直流电机相比寿命较长,与同等的有刷直流电机相比拥有更大的输出功率。因此在过去几十年中, BLDC马达也越来越受欢迎,且已在许多应用中取代有刷直流电机. (详见下表比较)

无刷直流电机(BLDC)和有刷电机之比较

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无刷直流电机(BLDC / BLDCM: Brushless Direct Current Motor)克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器。


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BLDC分有感和无感(sensorless),在驱动方式上分方波和弦波控制。在采用通用MCU的方案中,需要一条条指令去实现方波/弦波的控制,开发周期长,也占用了MCU大量的效能。笙泉电机MCU方案只需简单的寄存器指令,即可实现完整且有效率的电机方波/弦波控制,轻松简单的解决了上述问题。

BLDC相关应用

笙泉科技推出的MDRHx系列包含MDRH05/ MDRH40 / MDRH A0,是高度集成的电机驱动控制器。该系统由无刷直流电机MCU和40~100V三相门驱动器组成,适用于直流40V或100V以下电机系统,其相关应用例如: 家用风机水泵、电信风机、伺服风机/离心风机、低压立扇、吸顶扇、空气净化器、低压空调排水泵、低压热水器强排、扫地机器人、电动工具 …等。

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笙泉电机MCU作用于BLDC

MDRHx有感系列:内含8051内核MCU、MOC (Motor Controller:电机控制)、支持霍尔组件和霍尔IC、支持闭环速度控制。内建8K Flash/256B IRAM/256B XRAM、UART、8-ch ADC、PWM捕获、OCP(过流保护)。包括不含电源驱动与整合前驱(Gate-driver)的整合型方案,可满足完整高/中/低压型应用需求。

MDRH05:不含前驱

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MDRH40:含40V P/N前驱


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MDRHA0:含100V N/N前驱,5V LDO


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笙泉BLDC MCU系列規格表:


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来源:megawin笙泉科技

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