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2006 National Semiconductor Corporation
www.national.com
DP83848H PHYTER
Mini - Extreme Single 10/100 Ethernet
Transceiver
April 2006
Features
Low-power 3.3V, 0.18
m CMOS technology
3.3V MAC Interface
Auto-MDIX for 10/100 Mb/s
Energy Detection Mode
MII Interface and MII serial management interface (MDC
and MDIO)
IEEE 802.3u Auto-Negotiation and Parallel Detection
IEEE 802.3u ENDEC, 10BASE-T transceivers and filters
IEEE 802.3u PCS, 100BASE-TX transceivers and filters
Integrated ANSI X3.263 compliant TP-PMD physical sub-
layer with adaptive equalization and Baseline Wander
compensation
Error-free Operation up to 137 meters
ESD protection - 4KV Human body model
LED support for Link
Supports system clock from oscillator
Single register access for complete PHY status
10/100 Mb/s packet BIST (Built in Self Test)
40 pin LLP package (6mm) x (6mm) x (0.8mm)
Applications
Peripheral devices
Mobile devices
Factory and building automation
Basestations
General Description
The DP83848H PHYTER Mini Extreme addresses the
high quality, high reliability and small form factor required
for rugged operation in space sensitive and thermally
demanding environments. This device is ideally suited for
industrial and motor control, building/factory automation,
automotive and test equipment applications.
The DP83848H is designed from ground up for extreme
temperature performance, with a thermally efficient pack-
age ensuring reliable operation over an operating range of
-40C to 125C. Rigorously tested at both low temperature
and high temperature extremes, the device is ideal for out-
door environments and demanding factory floor conditions.
The device offers performance beyond the IEEE specifica-
tions, with superior interoperability and industry leading
performance. The DP83848H offers Auto-MDIX to remove
cabling complications, superior ESD protection of greater
than 4KV HBM for greater reliability, and superior cable
length operation (greater than 137m) to provide a high
level of performance in all applications.
A number of system cost-reducing features have been
integrated that are not commonly found in other Ethernet
Physical layer products (PHYs). For example, the
DP83848H offers a 25MHz clock out that eliminates the
need and hence the space and cost, of an additional
Media Access Control (MAC) clock source component.
DP83848H is offered in a small 6mm x 6mm LLP 40-pin
package.
System Diagram
PHYTER
is a registered trademark of National Semiconductor Corporation.
Status
10BASE-T
or
100BASE-TX
MII
Typical Ethernet Application
Magnetics
RJ-45
Clock
LED
DP83848H
10/100 Ethernet
Transceiver
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Source
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Auto-Negotiation
State Machine
Clock
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RX_CLK
TX_DATA
TX_CLK
REFERENCE CLOCK
TD
RD
LED
Generation
MII INTERFACE
Figure 1. DP83848H Functional Block Diagram
MII
Registers
Transmit Block
10BASE-T &
100BASE-TX
10BASE-T &
100BASE-TX
Receive Block
Auto-MDIX
DAC
ADC
LED
Driver
MII
3
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DP
83
84
8
H
Table of Contents
1.0 Pin Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 Serial Management Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.2 MAC Data Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.3 Clock Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.4 LED Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.5 Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.6 Strap Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.7 10 Mb/s and 100 Mb/s PMD Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.8 Special Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.9 Power Supply Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
1.10 Package Pin Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2.0 Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1 Auto-Negotiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
2.1.1 Auto-Negotiation Pin Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.2 Auto-Negotiation Register Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3 Auto-Negotiation Parallel Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.4 Auto-Negotiation Restart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.5 Enabling Auto-Negotiation via Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.6 Auto-Negotiation Complete Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Auto-MDIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.3 PHY Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
2.3.1 MII Isolate Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 LED Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
2.4.1 LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.2 LED Direct Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 Half Duplex vs. Full Duplex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.6 Internal Loopback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.7 BIST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.0 Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 MII Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3.1.1 Nibble-wide MII Data Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.2 Collision Detect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1.3 Carrier Sense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2 802.3u MII Serial Management Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3.2.1 Serial Management Register Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.2 Serial Management Access Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.3 Serial Management Preamble Suppression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.0 Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1 100BASE-TX TRANSMITTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
4.1.1 Code-group Encoding and Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.2 Scrambler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.3 NRZ to NRZI Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.4 Binary to MLT-3 Convertor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 100BASE-TX RECEIVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4.2.1 Analog Front End . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.2 Digital Signal Processor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.2.1 Digital Adaptive Equalization and Gain Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2.2.2 Base Line Wander Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.3 Signal Detect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.4 MLT-3 to NRZI Decoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.5 NRZI to NRZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.6 Serial to Parallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.7 Descrambler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.8 Code-group Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.9 4B/5B Decoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
www.national.com
4
DP
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848
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4.2.10 100BASE-TX Link Integrity Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2.11 Bad SSD Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 10BASE-T TRANSCEIVER MODULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
4.3.1 Operational Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3.2 Smart Squelch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.3 Collision Detection and SQE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.4 Carrier Sense . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.5 Normal Link Pulse Detection/Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.6 Jabber Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.7 Automatic Link Polarity Detection and Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.8 Transmit and Receive Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.9 Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.10 Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.0 Design Guidelines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.1 TPI Network Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
5.2 ESD Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
5.3 Clock In (X1) Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
5.4 Power Feedback Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.5 Power Down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
5.6 Energy Detect Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
6.0 Reset Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1 Hardware Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
6.2 Software Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
7.0 Register Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.1 Register Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
7.1.1 Basic Mode Control Register (BMCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.1.2 Basic Mode Status Register (BMSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7.1.3 PHY Identifier Register #1 (PHYIDR1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1.4 PHY Identifier Register #2 (PHYIDR2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1.5 Auto-Negotiation Advertisement Register (ANAR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.1.6 Auto-Negotiation Link Partner Ability Register (ANLPAR) (BASE Page) . . . . . . . . . . . . . . . . 42
7.1.7 Auto-Negotiation Link Partner Ability Register (ANLPAR) (Next Page) . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1.8 Auto-Negotiate Expansion Register (ANER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
7.1.9 Auto-Negotiation Next Page Transmit Register (ANNPTR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
7.2 Extended Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
7.2.1 PHY Status Register (PHYSTS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
7.2.2 False Carrier Sense Counter Register (FCSCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.2.3 Receiver Error Counter Register (RECR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.2.4 100 Mb/s PCS Configuration and Status Register (PCSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
7.2.5 LED Direct Control Register (LEDCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7.2.6 PHY Control Register (PHYCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.2.7 10Base-T Status/Control Register (10BTSCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7.2.8 CD Test and BIST Extensions Register (CDCTRL1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7.2.9 Energy Detect Control (EDCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
8.0 Electrical Specifications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
8.1 DC Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
8.2 AC Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
8.2.1 Power Up Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
8.2.2 Reset Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
8.2.3 MII Serial Management Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8.2.4 100 Mb/s MII Transmit Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
8.2.5 100 Mb/s MII Receive Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.2.6 100BASE-TX Transmit Packet Latency Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
8.2.7 100BASE-TX Transmit Packet Deassertion Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
8.2.8 100BASE-TX Transmit Timing (tR/F & Jitter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.2.9 100BASE-TX Receive Packet Latency Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.10 100BASE-TX Receive Packet Deassertion Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.11 10 Mb/s MII Transmit Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.2.12 10 Mb/s MII Receive Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.2.13 10BASE-T Transmit Timing (Start of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5
www.national.com
DP
83
84
8
H
8.2.14 10BASE-T Transmit Timing (End of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.2.15 10BASE-T Receive Timing (Start of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.2.16 10BASE-T Receive Timing (End of Packet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.2.17 10 Mb/s Heartbeat Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.2.18 10 Mb/s Jabber Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.2.19 10BASE-T Normal Link Pulse Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.2.20 Auto-Negotiation Fast Link Pulse (FLP) Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.2.21 100BASE-TX Signal Detect Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.2.22 100 Mb/s Internal Loopback Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
8.2.23 10 Mb/s Internal Loopback Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8.2.24 Isolation Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
8.2.25 25 MHz_OUT Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
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