摘要: 介紹了時鐘分相技術(shù)并討論了時鐘分相技術(shù)在高速數(shù)字電路設(shè)計中的作用。 關(guān)鍵詞: 時鐘分相技術(shù); 應(yīng)用 中圖分類號: TN 79 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號: 025820934 (2000) 0620437203 時鐘是高速數(shù)字電路設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一, 系統(tǒng)時鐘的性能好壞, 直接影響了整個電路的 性能。尤其現(xiàn)代電子系統(tǒng)對性能的越來越高的要求, 迫使我們集中更多的注意力在更高頻率、 更高精度的時鐘設(shè)計上面。但隨著系統(tǒng)時鐘頻率的升高。我們的系統(tǒng)設(shè)計將面臨一系列的問 題。 1) 時鐘的快速電平切換將給電路帶來的串?dāng)_(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時鐘對電路板的設(shè)計提出了更高的要求: 我們應(yīng)引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統(tǒng)時鐘高于100MHz 的情況下, 應(yīng)使用高速芯片來達到所需的速度, 如ECL 芯 片, 但這種芯片一般功耗很大, 再加上匹配電阻增加的功耗, 使整個系統(tǒng)所需要的電流增大, 發(fā) 熱量增多, 對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時鐘相應(yīng)的電磁輻射(EM I) 比較嚴(yán)重。 所以在高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中對高頻時鐘信號的處理應(yīng)格外慎重, 盡量減少電路中高頻信 號的成分, 這里介紹一種很好的解決方法, 即利用時鐘分相技術(shù), 以低頻的時鐘實現(xiàn)高頻的處 理。 1 時鐘分相技術(shù) 我們知道, 時鐘信號的一個周期按相位來分, 可以分為360°。所謂時鐘分相技術(shù), 就是把 時鐘周期的多個相位都加以利用, 以達到更高的時間分辨。在通常的設(shè)計中, 我們只用到時鐘 的上升沿(0 相位) , 如果把時鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統(tǒng)的時間分辨能力就可以 提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時鐘分為4 個相位(0°、90°、180°和270°) , 系統(tǒng)的時間分辨就 可以提高為原來的4 倍(如圖1b 所示)。 以前也有人嘗試過用專門的延遲線或邏輯門延時來達到時鐘分相的目的。用這種方法產(chǎn)生的相位差不夠準(zhǔn)確, 而且引起的時間偏移(Skew ) 和抖動 (J itters) 比較大, 無法實現(xiàn)高精度的時間分辨。 近年來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 使高質(zhì)量的分相功能在一 片芯片內(nèi)實現(xiàn)成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優(yōu)異的時鐘 芯片。這些芯片的出現(xiàn), 大大促進了時鐘分相技術(shù)在實際電 路中的應(yīng)用。我們在這方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得 良好的時間性能, 必須確保分相時鐘的Skew 和J itters 都 比較小。因此在我們的設(shè)計中, 通常用一個低頻、高精度的 晶體作為時鐘源, 將這個低頻時鐘通過一個鎖相環(huán)(PLL ) , 獲得一個較高頻率的、比較純凈的時鐘, 對這個時鐘進行分相, 就可獲得高穩(wěn)定、低抖動的分 相時鐘。 這部分電路在實際運用中獲得了很好的效果。下面以應(yīng)用的實例加以說明。2 應(yīng)用實例 2. 1 應(yīng)用在接入網(wǎng)中 在通訊系統(tǒng)中, 由于要減少傳輸 上的硬件開銷, 一般以串行模式傳輸 圖3 時鐘分為4 個相位 數(shù)據(jù), 與其同步的時鐘信號并不傳輸。 但本地接收到數(shù)據(jù)時, 為了準(zhǔn)確地獲取 數(shù)據(jù), 必須得到數(shù)據(jù)時鐘, 即要獲取與數(shù) 據(jù)同步的時鐘信號。在接入網(wǎng)中, 數(shù)據(jù)傳 輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。 數(shù)據(jù)以68MBös 的速率傳輸, 即每 個bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個數(shù)據(jù) 幀的開頭有一個用于同步檢測的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時鐘信號, 一般時間 分辨應(yīng)該達到1ö4 的時鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說, 系統(tǒng)時鐘頻率應(yīng)在300MHz 以 上, 在這種頻率下, 我們必須使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其 典型門延遲為340p s) , 如前所述, 這樣對整個系統(tǒng)設(shè)計帶來很多的困擾。 我們在這里使用鎖相環(huán)和時鐘分相技術(shù), 將一個16MHz 晶振作為時鐘源, 經(jīng)過鎖相環(huán) 89429 升頻得到68MHz 的時鐘, 再經(jīng)過分相芯片AMCCS4405 分成4 個相位, 如圖3 所示。 我們只要從4 個相位的68MHz 時鐘中選擇出與數(shù)據(jù)同步性最好的一個。選擇的依據(jù)是: 在每個數(shù)據(jù)幀的頭部(HEAD) 都有一個8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用 這4 個相位的時鐘去鎖存數(shù)據(jù), 如果經(jīng)某個時鐘鎖存后的數(shù)據(jù)在這個指定位置最先檢測出這 個KWD, 就認(rèn)為下一相位的時鐘與數(shù)據(jù)的同步性最好(相關(guān))。 根據(jù)這個判別原理, 我們設(shè)計了圖4 所示的時鐘分相選擇電路。 在板上通過鎖相環(huán)89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時鐘: 用這4 個 時鐘分別將輸入數(shù)據(jù)進行移位, 將移位的數(shù)據(jù)與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認(rèn)為檢 出了KWD。將4 路相關(guān)器的結(jié)果經(jīng)過優(yōu)先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時鐘。這里, 我們運用AMCC 公司生產(chǎn)的 S4405 芯片, 對68MHz 的時鐘進行了4 分 相, 成功地實現(xiàn)了同步時鐘的獲取, 這部分 電路目前已實際地應(yīng)用在某通訊系統(tǒng)的接 入網(wǎng)中。 2. 2 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 高速、高精度的模擬- 數(shù)字變換 (ADC) 一直是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部 分。高速的ADC 價格昂貴, 而且系統(tǒng)設(shè)計 難度很高。以前就有人考慮使用多個低速 圖5 分相技術(shù)應(yīng)用于采集系統(tǒng) ADC 和時鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由 于時鐘分相電路產(chǎn)生的相位不準(zhǔn)確, 時鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產(chǎn)生較 大的孔徑晃動(Aperture J itters) , 無法達到很 好的時間分辨。 現(xiàn)在使用時鐘分相芯片, 我們可以把分相 技術(shù)應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中: 以4 分相后 圖6 分相技術(shù)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集率 的80MHz 采樣時鐘分別作為ADC 的 轉(zhuǎn)換時鐘, 對模擬信號進行采樣, 如圖5 所示。 在每一采集通道中, 輸入信號經(jīng)過 緩沖、調(diào)理, 送入ADC 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 采集到的數(shù)據(jù)寫入存儲器(M EM )。各個 采集通道采集的是同一信號, 不過采樣 點依次相差90°相位。通過存儲器中的數(shù) 據(jù)重組, 可以使系統(tǒng)時鐘為80MHz 的采 集系統(tǒng)達到320MHz 數(shù)據(jù)采集率(如圖6 所示)。 3 總結(jié) 靈活地運用時鐘分相技術(shù), 可以有效地用低頻時鐘實現(xiàn)相當(dāng)于高頻時鐘的時間性能, 并 避免了高速數(shù)字電路設(shè)計中一些問題, 降低了系統(tǒng)設(shè)計的難度。
標(biāo)簽： 時鐘 分相 技術(shù)應(yīng)用
上傳時間： 2013-12-17
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緒論 3線性及邏輯器件新產(chǎn)品優(yōu)先性計算領(lǐng)域4PCI Express®多路復(fù)用技術(shù)USB、局域網(wǎng)、視頻多路復(fù)用技術(shù)I2C I/O擴展及LED驅(qū)動器RS-232串行接口靜電放電(ESD)保護服務(wù)器/存儲10GTL/GTL+至LVTTL轉(zhuǎn)換PCI Express信號開關(guān)多路復(fù)用I2C及SMBus接口RS-232接口靜電放電保護消費醫(yī)療16電源管理信號調(diào)節(jié)I2C總線輸入/輸出擴展電平轉(zhuǎn)換靜電放電保護 手持設(shè)備22電平轉(zhuǎn)換音頻信號路由I2C基帶輸入/輸出擴展可配置小邏輯器件靜電放電保護鍵區(qū)控制娛樂燈光顯示USB接口工業(yè)自動化31接口——RS-232、USB、RS-485/422繼電器及電機控制保持及控制：I2C I/O擴展信號調(diào)節(jié)便攜式工業(yè)（掌上電腦/掃描儀） 36多路復(fù)用USB外設(shè)卡接口接口—RS-232、USB、RS-485/422I2C控制靜電放電保護 對于任意外部接口連接器的端口來說，靜電放電的沖擊一直是對器件可靠性的威脅。許多低電壓核心芯片或系統(tǒng)級的特定用途集成電路(ASIC)提供了器件級的人體模型(HBM)靜電放電保護，但無法應(yīng)付系統(tǒng)級的靜電放電。一個卓越的靜電放電解決方案應(yīng)該是一個節(jié)省空間且經(jīng)濟高效的解決方案，可保護系統(tǒng)的相互連接免受外部靜電放電的沖擊。
上傳時間： 2013-10-18
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合理利用有效的控制策略提高有源濾波器的本身的補償性能越來越成為各國學(xué)者研究重點。本文從有源濾波器的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，詳述有源濾波器的數(shù)學(xué)建模過程。并且針對諧波電流的檢測需要較高的準(zhǔn)確度和較好的實時性以及有源濾波器工作時的非線性與不確定性的特點，基于瞬時無功功率補償法的諧波電流檢測方法。有效的計算出電網(wǎng)中諧波電流、無功以及負(fù)序電流。并根據(jù)該算法的特點，將實時檢測出的畸變電流通過控制算法，研制的有源濾波器可對不對稱三相負(fù)載起到平衡作用。在MATLAB/simulink平臺下搭建仿真模型，與傳統(tǒng)的有源濾波器進行對比，仿真結(jié)果表明這種有源濾波器能夠更加迅速、精確的補償諧波電流。
上傳時間： 2013-10-10
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PCB的可制造性與可測試性，很詳細的pcb學(xué)習(xí)資料。
上傳時間： 2014-06-22
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撓性印制板很容易在大應(yīng)力的作用下造成開裂或斷裂，在設(shè)計時常在拐角處采用抗撕裂結(jié)構(gòu)設(shè)計以更好地改善FPC的抗撕裂的性能。
上傳時間： 2013-11-22
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具有OBFL功能的電路板經(jīng)配置后，可以把故障相關(guān)數(shù)據(jù)存儲在非易失性存儲器中，并可在日后加以檢索和顯示以用于故障分析。這些故障記錄有助于電路板故障的事后檢查。要實現(xiàn)OBFL系統(tǒng)功能，需要同時使用軟硬件。在硬件方面，需要：a)確定給出電路板件故障信息的板載OBFL資源(如溫度感應(yīng)器、存儲器、中斷資源、電路板ID，等等)；b)在電路板或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障時用以保存故障信息的板載非易失性存儲。OBFL軟件的作用是在正常的電路板運行以及電路板故障期間配置電路板變量并將其作為OBFL記錄存儲在非易失性存儲中。OBFL軟件還應(yīng)具備一定的智能，能夠分析多項出錯事件、記錄和歷史故障記錄，以逐步縮小范圍的方式確認(rèn)故障原因。這種分析可以大大減輕故障排查工作，否則將有大量的OBFL記錄需要故障分析工程師手動核查。
上傳時間： 2013-11-03
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對于電子產(chǎn)品設(shè)計師尤其是線路板設(shè)計人員來說，產(chǎn)品的可制造性設(shè)計（Design For Manufacture，簡稱DFM）是一個必須要考慮的因素，如果線路板設(shè)計不符合可制造性設(shè)計要求，將大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致所設(shè)計的產(chǎn)品根本無法制造出來。目前通孔插裝技術(shù)（Through Hole Technology，簡稱THT）仍然在使用，DFM在提高通孔插裝制造的效率和可靠性方面可以起到很大作用，DFM方法能有助于通孔插裝制造商降低缺陷并保持競爭力。本文介紹一些和通孔插裝有關(guān)的DFM方法，這些原則從本質(zhì)上來講具有普遍性，但不一定在任何情況下都適用，不過，對于與通孔插裝技術(shù)打交道的PCB設(shè)計人員和工程師來說相信還是有一定的幫助。1、排版與布局在設(shè)計階段排版得當(dāng)可避免很多制造過程中的麻煩。（1）用大的板子可以節(jié)約材料，但由于翹曲和重量原因，在生產(chǎn)中運輸會比較困難，它需要用特殊的夾具進行固定，因此應(yīng)盡量避免使用大于23cm×30cm的板面。最好是將所有板子的尺寸控制在兩三種之內(nèi)，這樣有助于在產(chǎn)品更換時縮短調(diào)整導(dǎo)軌、重新擺放條形碼閱讀器位置等所導(dǎo)致的停機時間，而且板面尺寸種類少還可以減少波峰焊溫度曲線的數(shù)量。（2）在一個板子里包含不同種拼板是一個不錯的設(shè)計方法，但只有那些最終做到一個產(chǎn)品里并具有相同生產(chǎn)工藝要求的板才能這樣設(shè)計。（3）在板子的周圍應(yīng)提供一些邊框，尤其在板邊緣有元件時，大多數(shù)自動裝配設(shè)備要求板邊至少要預(yù)留5mm的區(qū)域。（4）盡量在板子的頂面(元件面)進行布線，線路板底面(焊接面)容易受到損壞。不要在靠近板子邊緣的地方布線，因為生產(chǎn)過程中都是通過板邊進行抓持，邊上的線路會被波峰焊設(shè)備的卡爪或邊框傳送器損壞。（5）對于具有較多引腳數(shù)的器件（如接線座或扁平電纜），應(yīng)使用橢圓形焊盤而不是圓形，以防止波峰焊時出現(xiàn)錫橋(圖1)。
上傳時間： 2013-11-07
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PCB 被動組件的隱藏特性解析 傳統(tǒng)上，EMC一直被視為「黑色魔術(shù)（black magic）」。其實，EMC是可以藉由數(shù)學(xué)公式來理解的。不過，縱使有數(shù)學(xué)分析方法可以利用，但那些數(shù)學(xué)方程式對實際的EMC電路設(shè)計而言，仍然太過復(fù)雜了。幸運的是，在大多數(shù)的實務(wù)工作中，工程師并不需要完全理解那些復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和存在于EMC規(guī)范中的學(xué)理依據(jù)，只要藉由簡單的數(shù)學(xué)模型，就能夠明白要如何達到EMC的要求。本文藉由簡單的數(shù)學(xué)公式和電磁理論，來說明在印刷電路板（PCB）上被動組件（passivecomponent）的隱藏行為和特性，這些都是工程師想讓所設(shè)計的電子產(chǎn)品通過EMC標(biāo)準(zhǔn)時，事先所必須具備的基本知識。導(dǎo)線和PCB走線導(dǎo)線（wire）、走線（trace）、固定架……等看似不起眼的組件，卻經(jīng)常成為射頻能量的最佳發(fā)射器（亦即，EMI的來源）。每一種組件都具有電感，這包含硅芯片的焊線（bond wire）、以及電阻、電容、電感的接腳。每根導(dǎo)線或走線都包含有隱藏的寄生電容和電感。這些寄生性組件會影響導(dǎo)線的阻抗大小，而且對頻率很敏感。依據(jù)LC 的值（決定自共振頻率）和PCB走線的長度，在某組件和PCB走線之間，可以產(chǎn)生自共振（self-resonance），因此，形成一根有效率的輻射天線。在低頻時，導(dǎo)線大致上只具有電阻的特性。但在高頻時，導(dǎo)線就具有電感的特性。因為變成高頻后，會造成阻抗大小的變化，進而改變導(dǎo)線或PCB 走線與接地之間的EMC 設(shè)計，這時必需使用接地面（ground plane）和接地網(wǎng)格（ground grid）。導(dǎo)線和PCB 走線的最主要差別只在于，導(dǎo)線是圓形的，走線是長方形的。導(dǎo)線或走線的阻抗包含電阻R和感抗XL = 2πfL，在高頻時，此阻抗定義為Z = R + j XL j2πfL，沒有容抗Xc = 1/2πfC存在。頻率高于100 kHz以上時，感抗大于電阻，此時導(dǎo)線或走線不再是低電阻的連接線，而是電感。一般而言，在音頻以上工作的導(dǎo)線或走線應(yīng)該視為電感，不能再看成電阻，而且可以是射頻天線。
上傳時間： 2013-10-09
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本文將接續(xù)介紹電源與功率電路基板，以及數(shù)字電路基板導(dǎo)線設(shè)計。寬帶與高頻電路基板導(dǎo)線設(shè)計a.輸入阻抗1MHz，平滑性(flatness)50MHz 的OP增幅器電路基板圖26 是由FET 輸入的高速OP 增幅器OPA656 構(gòu)成的高輸入阻抗OP 增幅電路，它的gain取決于R1、R2，本電路圖的電路定數(shù)為2 倍。此外為改善平滑性特別追加設(shè)置可以加大噪訊gain，抑制gain-頻率特性高頻領(lǐng)域時峰值的R3。圖26 高輸入阻抗的寬帶OP增幅電路圖27 是高輸入阻抗OP 增幅器的電路基板圖案。降低高速OP 增幅器反相輸入端子與接地之間的浮游容量非常重要，所以本電路的浮游容量設(shè)計目標(biāo)低于0.5pF。如果上述部位附著大浮游容量的話，會成為高頻領(lǐng)域的頻率特性產(chǎn)生峰值的原因，嚴(yán)重時頻率甚至?xí)驗閒eedback 阻抗與浮游容量，造成feedback 信號的位相延遲，最后導(dǎo)致頻率特性產(chǎn)生波動現(xiàn)象。此外高輸入阻抗OP 增幅器輸入部位的浮游容量也逐漸成為問題，圖27 的電路基板圖案的非反相輸入端子部位無full ground設(shè)計，如果有外部噪訊干擾之虞時，接地可設(shè)計成網(wǎng)格狀(mesh)。圖28 是根據(jù)圖26 制成的OP 增幅器Gain－頻率特性測試結(jié)果，由圖可知即使接近50MHz頻率特性非常平滑，-3dB cutoff頻率大約是133MHz。
標(biāo)簽： PCB
上傳時間： 2013-11-13
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Hyperlynx仿真應(yīng)用:阻抗匹配.下面以一個電路設(shè)計為例，簡單介紹一下PCB仿真軟件在設(shè)計中的使用。下面是一個DSP硬件電路部分元件位置關(guān)系(原理圖和PCB使用PROTEL99SE設(shè)計)，其中DRAM作為DSP的擴展Memory(64位寬度，低8bit還經(jīng)過3245接到FLASH和其它芯片)，DRAM時鐘頻率133M。因為頻率較高，設(shè)計過程中我們需要考慮DRAM的數(shù)據(jù)、地址和控制線是否需加串阻。下面，我們以數(shù)據(jù)線D0仿真為例看是否需要加串阻。模型建立首先需要在元件公司網(wǎng)站下載各器件IBIS模型。然后打開Hyperlynx,新建LineSim File(線路仿真—主要用于PCB前仿真驗證)新建好的線路仿真文件里可以看到一些虛線勾出的傳輸線、芯片腳、始端串阻和上下拉終端匹配電阻等。下面，我們開始導(dǎo)入主芯片DSP的數(shù)據(jù)線D0腳模型。左鍵點芯片管腳處的標(biāo)志，出現(xiàn)未知管腳，然后再按下圖的紅線所示線路選取芯片IBIS模型中的對應(yīng)管腳。 3http://bbs.elecfans.com/ 電子技術(shù)論壇 http://www.elecfans.com 電子發(fā)燒友點OK后退到“ASSIGN Models”界面。選管腳為“Output”類型。這樣，一樣管腳的配置就完成了。同樣將DRAM的數(shù)據(jù)線對應(yīng)管腳和3245的對應(yīng)管腳IBIS模型加上(DSP輸出，3245高阻，DRAM輸入)。下面我們開始建立傳輸線模型。左鍵點DSP芯片腳相連的傳輸線，增添傳輸線，然后右鍵編輯屬性。因為我們使用四層板，在表層走線，所以要選用“Microstrip”，然后點“Value”進行屬性編輯。這里，我們要編輯一些PCB的屬性，布線長度、寬度和層間距等，屬性編輯界面如下：再將其它傳輸線也添加上。這就是沒有加阻抗匹配的仿真模型(PCB最遠直線間距1.4inch，對線長為1.7inch)。現(xiàn)在模型就建立好了。仿真及分析下面我們就要為各點加示波器探頭了，按照下圖紅線所示路徑為各測試點增加探頭：為發(fā)現(xiàn)更多的信息，我們使用眼圖觀察。因為時鐘是133M，數(shù)據(jù)單沿采樣，數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)最高頻率為66.7M，對應(yīng)位寬為7.58ns。所以設(shè)置參數(shù)如下：之后按照芯片手冊制作眼圖模板。因為我們最關(guān)心的是接收端(DRAM)信號，所以模板也按照DRAM芯片HY57V283220手冊的輸入需求設(shè)計。芯片手冊中要求輸入高電平VIH高于2.0V，輸入低電平VIL低于0.8V。DRAM芯片的一個NOTE里指出，芯片可以承受最高5.6V，最低-2.0V信號(不長于3ns)：按下邊紅線路徑配置眼圖模板：低8位數(shù)據(jù)線沒有串阻可以滿足設(shè)計要求，而其他的56位都是一對一，經(jīng)過仿真沒有串阻也能通過。于是數(shù)據(jù)線不加串阻可以滿足設(shè)計要求，但有一點需注意，就是寫數(shù)據(jù)時因為存在回沖，DRAM接收高電平在位中間會回沖到2V。因此會導(dǎo)致電平判決裕量較小，抗干擾能力差一些，如果調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)寫RAM會出錯，還需要改版加串阻。
上傳時間： 2013-11-05
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