Wichtige Erkenntnisse

• Definition: Eine AV-Receiver-Leiterplatte ist ein komplexes System, das oft aus mehreren Platinen (Stromversorgung, digitale Verarbeitung, analoge Verstärkung) besteht und dazu dient, hochauflösende Audio- und hochbandbreitige Videosignale gleichzeitig zu verwalten.
• Kritische Metriken: Die totale harmonische Verzerrung (THD), das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und die Impedanzkontrolle (für HDMI-/Digitallinien) sind die unverhandelbaren Qualitätsmaßstäbe.
• Materialauswahl: Standard-FR4 ist oft unzureichend für die Videoplatine; Hochgeschwindigkeitsmaterialien sind für die Signalintegrität von 4K/8K erforderlich, während dickes Kupfer für Verstärkerstufen benötigt wird.
• Häufiges Missverständnis: Die Annahme, dass ein einzelner PCB-Lagenaufbau sowohl Hochleistungsverstärkung als auch empfindliche digitale Verarbeitung ohne Isolationsstrategien effizient bewältigen kann, ist ein häufiger Designfehler.
• Validierung: Die automatische optische Inspektion (AOI) ist nicht ausreichend; Funktionstests (FCT) mit spezifischen Audioanalysatoren sind erforderlich, um die klangliche Leistung zu überprüfen.
• Tipp: Trennen Sie analoge und digitale Massen physisch, verbinden Sie sie jedoch an einem einzigen „Sternpunkt“, um zu verhindern, dass digitales Rauschen in den Audiopfad gelangt.
• Fertigungspartner: Die Zusammenarbeit mit einer Fabrik, die Erfahrung mit APTPCB (APTPCB PCB Factory) Standards hat, stellt sicher, dass komplexe Starrflex- oder HDI-Anforderungen während der Fertigung erfüllt werden.

Was eine AV-Receiver-Leiterplatte wirklich bedeutet (Umfang & Grenzen)

Das Verständnis der Definition dieser Komponente ist der erste Schritt, bevor die spezifischen Metriken analysiert werden, die ihre Leistung definieren.

Eine AV-Receiver-Leiterplatte ist selten eine einzelne Leiterplatte. In modernen Heimkinosystemen stellt sie einen Verbund spezialisierter Leiterplatten dar, die im Einklang arbeiten. Die Architektur teilt sich typischerweise in drei verschiedene Zonen auf: die Digitalplatine (zuständig für HDMI, DSP und Dekodierung), die Analog-/Verstärkerplatine (zuständig für Leistungsverstärkung und Vorverstärkersignale) und die Stromversorgungsplatine (PSU).

Der Umfang einer AV-Receiver-Leiterplatte geht über einfache Konnektivität hinaus. Sie muss als Brücke zwischen hochfrequentem digitalem Video (bis zu 48 Gbit/s für HDMI 2.1) und hochstromigem analogem Audio fungieren. Dies schafft eine einzigartige elektromagnetische Umgebung, in der das Hauptziel darin besteht, zu verhindern, dass die "rauschigen" digitalen Signale die "sauberen" analogen Wellenformen verfälschen.

Während ähnliche Prinzipien für einen Satellitenreceiver oder eine Aktivlautsprecher-Leiterplatte gelten, ist der AV-Receiver aufgrund der schieren Dichte der Eingänge und der Notwendigkeit, Hochleistungslasten zu schalten, deutlich komplexer. Er beinhaltet Mixed-Signal-Designregeln, die die Standardfertigungskapazitäten an ihre Grenzen bringen und präzise Lagenaufbauten sowie strenge Toleranzkontrollen erfordern.

Wichtige AV-Receiver-Leiterplatten-Metriken (wie man Qualität bewertet)

Sobald Sie die Multi-Board-Natur des Systems verstanden haben, müssen Sie quantifizierbare Metriken festlegen, um die Fertigungs- und Designqualität zu beurteilen. Die Leistung eines AV-Receivers ist direkt an die physikalischen Eigenschaften der Leiterplatte (PCB) gebunden. Eine Platine, die grundlegende elektrische Durchgangsprüfungen besteht, kann in einer Audio-Umgebung dennoch versagen, wenn die Materialeigenschaften oder das Layout Rauschen einführen.

Metrik	Warum es wichtig ist	Typischer Bereich oder Einflussfaktoren	Wie man misst
Dielektrische Konstante (Dk) Stabilität	Entscheidend für HDMI- und Hochgeschwindigkeits-Videoleitungen. Variationen verursachen Signalreflexionen und Datenverlust.	Dk von 3,4 bis 4,5 (materialabhängig). Muss über Frequenzen hinweg stabil bleiben.	Zeitbereichsreflektometrie (TDR) an Testcoupons.
Thermischer Widerstand (Rth)	Verstärker erzeugen erhebliche Wärme. Hoher Widerstand führt zu Komponentenausfall oder thermischem Throttling.	Abhängig von der Kupferdicke (2oz vs 1oz) und der Dichte der thermischen Vias.	Wärmebildgebung unter Last oder Simulationssoftware.
Genauigkeit der Leiterbahnimpedanz	Nicht übereinstimmende Impedanz auf Videoleitungen führt zu "Handshake"-Fehlern oder schwarzen Bildschirmen.	100Ω ±10% für differentielle Paare (HDMI/USB).	Kontrollierte Impedanzprüfung während der Fertigung.
Übersprechen (dB)	Signalübersprechen zwischen Kanälen zerstört die Stereoabbildung und die Surround-Sound-Trennung.	> -90dB ist erwünscht. Beeinflusst durch Leiterbahnabstand und Schutzleiterbahnen.	Audio-Analysator (z.B. Audio Precision) am Prototyp.
Kupferhaftung (Schälfestigkeit)	Hohe Wärmezyklen in Verstärkerbereichen können bei schlechter Haftung zum Ablösen von Leiterbahnen führen.	> 1,1 N/mm (IPC-Standards).	Schälfestigkeitstest an Musterplatinen.
Lötstopplack-Stegbreite	Verhindert Lötbrücken auf Fine-Pitch-DSP-Chips und HDMI-Anschlüssen.	Mindestens 3-4 mil für Bereiche hoher Dichte.	Automatische Optische Inspektion (AOI).

Auswahlhilfe nach Szenario (Kompromisse)

Die Kenntnis der Metriken hilft, aber der spezifische Anwendungsbereich bestimmt, welche Kompromisse für Ihr Projekt akzeptabel sind.

Verschiedene Marktsegmente erfordern sehr unterschiedliche Leiterplattentechnologien. Ein "Einheitsansatz" führt zu einem Produkt, das entweder zu teuer im Verkauf oder zu schlecht in der Qualität ist, um zu funktionieren.

Szenario 1: High-End Audiophiler Receiver (Klasse A/AB)

• Priorität: Audioreinheit und Leistungsabgabe.
• Empfehlung: Verwenden Sie Leiterplatten mit schwerem Kupfer (2oz oder 3oz) für den Verstärkerbereich, um Widerstand und Wärme zu minimieren. Verwenden Sie separate Leiterplatten für digitale und analoge Bereiche, um Rauschen zu isolieren.
• Kompromiss: Höhere Herstellungskosten und größerer physischer Platzbedarf.

Szenario 2: Kompakter "Slim" Receiver (Klasse D)

• Priorität: Größenreduzierung und thermische Effizienz.
• Empfehlung: Nutzen Sie die HDI-Leiterplattentechnologie mit vergrabenen und verdeckten Vias, um Komponenten dicht zu packen. Klasse D erzeugt weniger Wärme, aber thermische Vias sind unter dem Chipsatz immer noch erforderlich.
• Kompromiss: Höhere Designkomplexität und strengere Fertigungstoleranzen.

Szenario 3: 8K/Gaming-fokussierter Receiver

• Priorität: Videosignalintegrität (HDMI 2.1).
• Empfehlung: Die digitale Platine erfordert Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien (wie Rogers oder Megtron) für die Videosignalpfade, um eine Bandbreite von 48 Gbit/s ohne Dämpfung zu verarbeiten.
• Kompromiss: Materialkosten sind deutlich höher als bei Standard-FR4.

Szenario 4: Budget-/Einsteiger-Receiver

• Priorität: Kostenoptimierung.
• Empfehlung: Standard-FR4-TG150-Material. Kombinieren Sie digitale und analoge Schaltungen auf einer einzigen 4-Lagen-Platine, falls möglich, unter Verwendung einer sorgfältigen Masseflächenpartitionierung.
• Kompromiss: Niedrigerer SNR und Potenzial für höheres Übersprechen; auf geringere Ausgangsleistungen beschränkt.

Szenario 5: Automotive-AV-System

• Priorität: Vibrationsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit.
• Empfehlung: Hoch-Tg-Materialien (>170°C) und potenziell Starrflex-Leiterplatten, um in unregelmäßige Armaturenbrettbereiche ohne zuverlässige Steckverbinder zu passen.
• Kompromiss: Spezialisierter Herstellungsprozess und längere Lieferzeiten.

Szenario 6: Professionelles/Kino-Rackmount

• Priorität: Zuverlässigkeit und Dauerbetrieb.
• Empfehlung: Industrielles FR4 mit dickerer Beschichtung (IPC Klasse 3). Fokus auf robuste mechanische Befestigungspunkte auf der Leiterplatte, um häufiges Ein- und Ausstecken von XLR-Kabeln zu widerstehen.
• Kompromiss: Überdimensioniert für den privaten Gebrauch; höhere Stückkosten.

Prüfpunkte für die Implementierung von AV-Receiver-Leiterplatten (vom Design bis zur Fertigung)

Nachdem Sie den richtigen Ansatz für Ihr Szenario gewählt haben, müssen Sie ein strenges Implementierungsprotokoll befolgen, um sicherzustellen, dass das Design herstellbar ist.

APTPCB empfiehlt die folgenden Prüfpunkte, um die Lücke zwischen den technischen Dateien und dem Endprodukt zu schließen.

1. Lagenaufbau-Definition

   • Empfehlung: Definieren Sie den Lagenaufbau frühzeitig und platzieren Sie Masseflächen unmittelbar neben Hochgeschwindigkeitssignalschichten.
   • Risiko: Falscher Lagenaufbau führt zu EMI-Fehlern während der Zertifizierung.
   • Akzeptanz: Anbietergenehmigung des vorgeschlagenen Lagenaufbaus, bevor das Routing beginnt.

2. Sternförmige Erdungstopologie

   • Empfehlung: Entwerfen Sie einen einzigen Verbindungspunkt zwischen analogen und digitalen Massen (normalerweise in der Nähe der Stromversorgung).
   • Risiko: Masseschleifen erzeugen hörbares Brummen (50Hz/60Hz).
   • Akzeptanz: Visuelle Überprüfung der Layout-Datei (Gerber) zur Verifizierung der Massetrennung.

3. Thermisches Relief für Leistungs-Pads

   • Empfehlung: Verwenden Sie thermische Reliefmuster auf durchkontaktierten Leistungskomponenten, um einen ordnungsgemäßen Lötfluss zu gewährleisten.

• Risiko: Kalte Lötstellen aufgrund von Wärmeableitung in die Ebene während des Lötens.
  • Akzeptanz: DFM-Richtlinien Prüfung bestanden ohne thermische Verstöße.

4. HDMI-Differenzialpaar-Routing

   • Empfehlung: Differenzialpaare innerhalb von 5 mil längenanpassen. Vias auf diesen Leitungen möglichst vermeiden.
   • Risiko: Signal-Skew, der zu Videoaussetzern führt.
   • Akzeptanz: Simulationsbericht oder Verifizierung mittels Impedanz-Test-Coupon.

5. Bauteilplatzierung für Luftstrom

   • Empfehlung: Hohe Kondensatoren und Kühlkörper so ausrichten, dass der Luftstrom der Gehäuselüfter ermöglicht wird.
   • Risiko: Hotspots, die die Lebensdauer von Elektrolytkondensatoren verkürzen.
   • Akzeptanz: 3D-Mechanik-Passungsprüfung.

6. Kriechstrecke und Luftstrecke

   • Empfehlung: Strengen Abstand zwischen Hochspannungs-AC-Bereichen (Netzteil) und Niederspannungslogik einhalten.
   • Risiko: Sicherheitsrisiken und Nichtbestehen der UL/CE-Zertifizierung.
   • Akzeptanz: DRC (Design Rule Check) auf Sicherheitsstandardgrenzwerte eingestellt (z. B. >3 mm für Netzspannung).

7. Siebdruck-Klarheit

   • Empfehlung: Alle Header, Testpunkte und Polaritätsindikatoren deutlich kennzeichnen.
   • Risiko: Montagefehler bei manueller Bestückung oder Reparatur.
   • Akzeptanz: Gerber-Viewer-Inspektion.

8. Fiducial-Marker

   • Empfehlung: Fiducials auf den Platinenrändern und in der Nähe von Fine-Pitch-Komponenten (DSP/HDMI-Chips) platzieren.

• Risiko: Fehlausrichtung während der Bestückung (Pick and Place).
• Akzeptanz: Vorhandensein von mindestens 3 globalen Referenzmarken (Fiducials).

Häufige Fehler bei AV-Receiver-Leiterplatten (und der richtige Ansatz)

Selbst mit einem soliden Plan tappen Entwickler oft in bestimmte Fallen, die die endgültige Audio- oder Videoleistung beeinträchtigen.

• Fehler 1: Den Rückweg ignorieren.

  • Problem: Verlegen von Hochgeschwindigkeitssignalen über Unterbrechungen in der Masseebene.
  • Ergebnis: Massive EMI-Strahlung und Verlust der Signalintegrität.
  • Korrektur: Stellen Sie sicher, dass jede Hochgeschwindigkeitsleitung über eine durchgehende, solide Referenzebene verläuft.

• Fehler 2: Analoge Eingänge in der Nähe von digitalen Schaltern platzieren.

  • Problem: Physische Nähe ermöglicht es, dass abgestrahlte Störungen von der Stromversorgung oder dem DSP in empfindliche analoge Eingänge einkoppeln.
  • Ergebnis: Hoher Rauschpegel (Zischen) im Audioausgang.
  • Korrektur: Befolgen Sie ein striktes "Zoning"-Layout: Netzteil → Digital → Analog, halten Sie empfindliche Eingänge fern von Schaltknoten.

• Fehler 3: Kupfergewicht für Class-AB-Verstärker unterschätzen.

  • Problem: Verwendung von Standard-1oz-Kupfer für Hochstromschienen.
  • Ergebnis: Spannungsabfälle (IR-Verluste) und übermäßige Leiterbahnerwärmung, was zu einer "dünnen" Basswiedergabe führt.
  • Korrektur: Verwenden Sie 2oz oder 3oz Kupfer oder verstärken Sie Leiterbahnen mit Löt-/Sammelschienen.

• Fehler 4: Mechanische Belastung von Steckverbindern vernachlässigen.

  • Problem: Sich ausschließlich auf Lötpads verlassen, um schwere HDMI- oder Lautsprecheranschlüsse zu halten.

• Ergebnis: Pads reißen nach wiederholtem Einstecken von der Leiterplatte ab.

• Korrektur: Verwenden Sie Durchkontaktierungs-Ankerlaschen oder mechanische Schrauben, um Steckverbinder am Gehäuse zu befestigen, nicht nur an der Leiterplatte.

• Fehler 5: Testpunkte vergessen.

  • Problem: Kein Zugang zu kritischen Spannungsschienen oder Signalpfaden nach der Montage.
  • Ergebnis: Unmöglich, Einheiten an der Produktionslinie zu debuggen oder zu kalibrieren.
  • Korrektur: Fügen Sie zugängliche Testpunkte für alle wichtigen Spannungsschienen und Signalausgänge hinzu.

• Fehler 6: Generisches FR4 für 4K/8K-Video verwenden.

  • Problem: Annahme, dass Standard-FR4 Frequenzen von 12 GHz+ verarbeiten kann.
  • Ergebnis: Hohe dielektrische Verluste verursachen eine Verschlechterung des Videosignals.
  • Korrektur: Verwenden Sie Hybrid-Lagenaufbauten, bei denen Hochgeschwindigkeitsschichten verlustarme Materialien verwenden.

AV-Receiver-Leiterplatten-FAQ (Kosten, Lieferzeit, Materialien, Tests, Abnahmekriterien)

Um verbleibende Unsicherheiten zu beseitigen, finden Sie hier Antworten auf die häufigsten Fragen zur Herstellung von AV-Receiver-Leiterplatten.

F: Wie beeinflusst die Lagenanzahl die Kosten einer AV-Receiver-Leiterplatte? A: Die Kosten steigen nicht-linear. Eine 4-Lagen-Platine ist Standard. Der Sprung auf 6 oder 8 Lagen (oft für HDMI-Routing erforderlich) erhöht die Kosten um 30-50%. Die Verwendung von HDI-Technologie erhöht die Kosten weiter, reduziert aber die Größe.

F: Was ist die typische Lieferzeit für einen Prototyp einer AV-Receiver-Leiterplatte? A: Standardprototypen dauern 5-7 Tage. Wenn das Design spezielle Materialien (wie Rogers für Video) oder dickes Kupfer erfordert, können sich die Lieferzeiten auf 10-12 Tage verlängern, um das Laminat zu beschaffen.

F: Kann ich Standard-FR4 für die gesamte Platine verwenden? A: Für die Verstärker- und Leistungsbereiche, ja. Für den HDMI-/Digitalbereich ist Standard-FR4 jedoch riskant für moderne Hochbandbreitenstandards. Ein hybrider Lagenaufbau ist oft die kostengünstigste Lösung.

F: Wie testen Sie die Signalintegrität der HDMI-Leiterbahnen? A: Wir verwenden TDR (Zeitbereichsreflektometrie), um die Impedanz während der Fertigung zu messen. Für die Endmontage wird ein BERT (Bitfehlerratentest) oder ein spezialisierter HDMI-Protokollanalysator verwendet.

F: Was sind die Abnahmekriterien für die Audioleistung? A: Die Abnahme basiert in der Regel auf THD+N (Gesamtharmonische Verzerrung + Rauschen) Messungen. Ein typisches Bestehenskriterium könnte THD < 0,05 % bei Nennleistung sein.

F: Warum wird „dickes Kupfer“ für den Verstärkerbereich empfohlen? A: Dickes Kupfer (2oz+) reduziert den Widerstand der Leistungsleiterbahnen. Dies verbessert den „Dämpfungsfaktor“ des Verstärkers und stellt sicher, dass die Leistung an die Lautsprecher geliefert wird, anstatt als Wärme in den Leiterbahnen der Leiterplatte erzeugt zu werden.

F: Was ist der Unterschied zwischen IPC Klasse 2 und Klasse 3 für diese Platinen? A: Klasse 2 ist Standard für Unterhaltungselektronik (die meisten AV-Receiver). Klasse 3 ist für Umgebungen mit hoher Zuverlässigkeit/rauen Bedingungen. Klasse 3 erfordert strengere Beschichtungsdicken- und Inspektionskriterien, was die Kosten erhöht. F: Benötige ich eine spezielle Oberflächenveredelung? A: ENIG (Chemisch Nickel-Immersion Gold) wird dringend empfohlen. Es bietet eine flache Oberfläche für Fine-Pitch-BGA-Komponenten (DSPs) und eine bessere Oxidationsbeständigkeit als HASL.

F: Wie gehe ich mit der Wärmeableitung für die Verstärkerchips um? A: Neben Kühlkörpern sollten thermische Vias in der Leiterplatte verwendet werden, um Wärme an die untere Schicht oder eine innere Masseebene abzuleiten. APTPCB kann bei der Berechnung der erforderlichen Via-Dichte helfen.

F: Können Sie auch die Platinen für "Aktive Lautsprecher" und "Satellitenempfänger" herstellen? A: Ja, diese teilen ähnliche Technologien. Aktive Lautsprecher integrieren oft Netzteil und Verstärker auf einer Platine, was strenge Hochspannungsisolationsregeln erfordert, ähnlich wie bei AV-Receivern.

Ressourcen für AV-Receiver-Leiterplatten (verwandte Seiten und Tools)

Für weitere Lektüre und praktische Tools zur Unterstützung Ihres Designprozesses nutzen Sie die folgenden internen Ressourcen.

• Impedanzberechnung: Verwenden Sie den Impedanzrechner, um die korrekte Leiterbahnbreite für Ihre HDMI- und USB-Leitungen zu bestimmen.
• Materialdaten: Überprüfen Sie die Spezifikationen für Isola PCB und Panasonic Megtron, um das richtige Substrat für Hochgeschwindigkeitsvideo zu wählen.
• Montagedienstleistungen: Erfahren Sie mehr über unsere schlüsselfertige Montage-Fähigkeiten, um die komplexe Mischung aus Durchsteckverbindern und oberflächenmontierten DSPs, die in AV-Receivern zu finden sind, zu handhaben.
• Designprüfungen: Bevor Sie Dateien einreichen, lassen Sie diese durch unseren Gerber-Viewer laufen, um grundlegende Schichtprobleme zu erkennen.

Glossar für AV-Receiver-Leiterplatten (Schlüsselbegriffe)

Begriff	Definition
DAC (Digital-Analog-Wandler)	Ein Chip, der digitale Audiodaten zur Verstärkung in ein analoges Signal umwandelt.
DSP (Digitaler Signalprozessor)	Ein spezialisierter Mikroprozessor, der für die Audio-Dekodierung (Dolby/DTS) und Raumkorrektur verwendet wird.
HDMI (High-Definition Multimedia Interface)	Eine proprietäre Audio-/Video-Schnittstelle zur Übertragung unkomprimierter Videodaten und komprimierter/unkomprimierter digitaler Audiodaten.
HDCP	High-bandwidth Digital Content Protection; erfordert spezielle Verschlüsselungschips auf der Leiterplatte.
Impedanzkontrolle	Die Praxis, einen spezifischen elektrischen Widerstand (z.B. 100Ω) entlang einer Leiterbahn aufrechtzuerhalten, um Signalreflexionen zu verhindern.
Übersprechen	Unerwünschte Signalübertragung zwischen Kommunikationskanälen (z.B. linker Kanal blutet in den rechten Kanal).
THD+N	Gesamte harmonische Verzerrung plus Rauschen; ein Maß für die Audio-Wiedergabetreue. Weniger ist besser.
Class-D-Verstärker	Ein Verstärkertyp, bei dem die aktiven Bauelemente als elektronische Schalter arbeiten; hocheffizient, erfordert aber eine sorgfältige Leiterplattenfilterung.
Masseschleife	Ein unerwünschter Strompfad in einer Schaltung, der durch mehrere Erdungspunkte entsteht und Brummen verursacht.
Sternmasse	Eine Layout-Technik, bei der alle Massepfade an einem einzigen Punkt zusammenlaufen, um Rauschen zu minimieren.
Via-Stitching	Verbinden von Masseflächen auf verschiedenen Lagen mit mehreren Vias, um gegen EMI abzuschirmen.
Stückliste (BOM)	Eine umfassende Liste von Teilen, Artikeln, Baugruppen und anderen Materialien, die zur Herstellung des Produkts erforderlich sind.
Gerber-Dateien	Das Standarddateiformat, das von der PCB-Industriesoftware zur Beschreibung der Leiterplattenbilder verwendet wird.

Fazit: Nächste Schritte für AV-Receiver-Leiterplatten

Das Design und die Herstellung einer AV-Receiver-Leiterplatte ist ein Balanceakt zwischen Signalintegrität, Energiemanagement und thermischer Effizienz. Ob Sie ein High-End-Audiophilen-Gerät oder einen kompakten digitalen Receiver bauen, die Qualität der Leiterplatte bestimmt die endgültige Leistung des Produkts.

Um mit Ihrem Projekt fortzufahren, stellen Sie sicher, dass Ihr Datenpaket vollständig ist. Wenn Sie ein Angebot oder eine DFM-Überprüfung von APTPCB anfordern, geben Sie bitte Folgendes an:

1. Gerber-Dateien: Einschließlich aller Kupferschichten, Lötstoppmaske und Bestückungsdruck.
2. Lagenaufbau-Anforderungen: Geben Sie Materialtypen (z. B. High-Tg FR4, Megtron) und Kupfergewicht an.
3. Impedanzspezifikationen: Deutlich kennzeichnen, welche Leiterbahnen eine kontrollierte Impedanz erfordern (z.B. HDMI 100Ω Differenzpaare).
4. Bestückungs-Stückliste (BOM): Falls eine Bestückung erforderlich ist, fügen Sie eine detaillierte Stückliste mit Herstellerteilenummern bei.

Indem Sie sich auf die in diesem Leitfaden dargelegten Metriken und Prüfpunkte konzentrieren, können Sie gängige Risiken eliminieren und einen erfolgreichen Produktionslauf gewährleisten.

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