Type-C新技术与接口芯片市场生态蓬勃发展的同时面临挑战，是德科技提供仿真、物理层发送一致性测试等解决方案
本文来聊聊基于消费类接口芯片Type-C，以及支持Type-C的技术规范USB和DisplayPort技术，内容涉及市场趋势，标准演进，设计与测试面临的挑战以及是德科技的解决方案等。
前言
Type-C接口尺寸小、支持正反插和多用途使其在消费类电子行业被广泛使用，围绕Type-C接口的生态蓬勃发展。仅Type-C接口上可支持USB4。USB4 V2规范将数据速率提升至80Gbps使得消费电子产品接口性能有极大提升，以高端笔记本为例，可通过USB4扩展坞连接高端显示器、移动硬盘盒及U盘等外设，满足8K甚至更高y分辨率视频、数据文件同时高速传输要求。高端游戏显卡通常是双HDMI2.1和双DP1.4a配置，连接不同标准的显示器，满足流畅、清晰游戏体验。
随着DP V2.1规范发布，显卡、台式机、笔记本、扩展坞和电缆等支持UHBR速率产品开始增多。UHBR信号4路同时传输，通过认证的DP40、DP80线缆连接高端显示器，满足8K@60Hz、16K@60Hz等显示要求。目前支持USB4 V2.0及DP V2.1接口的芯片与产品较少，仍处在研发阶段，需要IP核、芯片、产品生态链企业共同推动发展及落地。
USB与DisplayPort的标准演进
USB-IF于2022年10月18日发布USB4 Version 2.0规范，替代USB4 Version 1.0规范，主要变化包括：
是数据速率翻倍到80Gbps；
支持非对称链路；
借助Tunneling技术承载PCIe4.0、DP V2.1数据包；
在低功耗状态仍旧不损失时间同步精度；
支持交替模式。
随着新规范的发布，USB接口将统一以传输带宽命名，USB4 V2.0对应USB 80Gbps，USB4对应USB 40Gbps，USB 3.2 Gen2x2对应20Gbps，USB 3.2 Gen2对应USB 10Gbps，USB 3.2 Gen1对应USB 5Gbps。
来源：USB-IF与USB Implementers Forum
VESA在同月发布DP V2.1规范，替代V2.0，性能、互连与USB4 V2.0对齐。DP V2.0规范支持128b/132b编码、UHBR10、UHBR13.5、UHBR20速率，可选支持Pannel Replay功能（满足系统降功耗和未来自适应同步功能），必须支持DSC能力。DP V2.1规范不仅支持DP线缆、USB-C to DP适配器，而且支持USB-C线缆，增加了ALPM电源管理功能，可在Pannel Relay及Adaptive-Sync操作时使能，考虑兼容HDMI，也提出协议转换器DP到HDMI的要求。
USB与DisplayPort设计和测试面临的挑战
USB与DP标准的速率变化：
USB-IF在USB4 V2规范中增加Gen 4模式，将单路速率提升至25.6GBd。通过建立11-bits到7-trits映射(每个trit有0/1/2状态)，实现1个符号承载1.57 bits，相比理论极限1.58bits，效率超过99%。信令格式变化，USB-IF在USB4 V2中首次采用PAM3调制格式，相比同幅度NRZ，其信噪比下降6dB，与PAM4比较，其电平判决阈值与迟滞放宽，噪声容忍度增强，是综合考虑性能、Type-C信道、时延和信噪比因素满足原始Trit Error Ratio/1E-8唯一的调制格式。DP V2.1相比DP V2.0，速率没变化，功能及线缆兼容等方面有变化。USB4 V2和DP V2.1用于Router/Host/Device/Captive Device和Source/Sink/DP Cable开发的标准已发布，但物理层一致性测试标准还在草稿阶段。
下面结合仿真和测试，从发送、互连和接收三个方面展开介绍。
01 发送端：
从仿真的角度：需构建IBIS-AMI模型且可修改其参数，支持NRZ、PAM3调制格式。USB4 V2相比V1，增加Gen 4及非对称工作模式。Gen 4模式单路速率25.6GBd/40Gbps，在非对称情况下，3路同时发送，总速率达120Gbps，1路接收，速率是40Gbps。DP V2.1 UHBR最高速率达20Gbps，4路同时传输，信号质量、串扰影响、过孔、过孔阵列、走线、特性阻抗等设计约束均需严格考虑。
图：过孔阵列设计优化及插损对比[1]
从一致性测试的角度：USB4 V2与V1都需使用协会发布的控制软件。该软件通过sideband信号写配置空间寄存器8/9/18，实现port operation，产生测试信号。USB4 V2使用PRTS7测试码型，该码型实现多电平序列。为克服PAM3多电平信号高频损耗，USB4 V2 Gen 4 Tx FFE 比Gen 3多一个precusor-c[-2]，Preset数量达42个，明确了归一化的每个抽头系数波动范围。新增TP2多项时域测试参数，比如Level Mismatch、Steady State Voltage、Linear Fit Pulse、SNDR、ISI Margin等，不在使用眼图模板进行约束，增加频域积分回波损耗参数，频率覆盖到20GHz，差分回波损耗模板测试降为Informative项，其频率覆盖到14GHz。DP V2.1相比DP V2.0速率不变，都需使用协会认证的aux channel controller实现 TP2及TP3_EQ自动化测试。DP V2.1 Tx FFE Preset达16种，TP2测试需使用DDJ最小的Preset，Reference CTLE达10种，TP3_EQ眼图与抖动测试需使用160种组合中Eye Area最大的一个组合，测试花费大量时间，VESA协会也在优化测试方法。
从互连的角度：USB4 Gen 4仅支持Type-C互连，相比Gen3奈奎斯特频点增加2.8GHz，系统损耗预算相比Gen 3放宽6dB，6dB三等分分配到Host、Cable及Device。Host/Device的损耗预算包含封装、pcb线、共模电感、防护器件、耦合电容、连接器。Gen 4可使用0.8米Gen 3线缆，若传输更远距离，需使用LRD线缆。USB 4 Gen 3/Gen 4 Type-C线缆相比USB 3.2 Type-C线缆增加了更严格的覆盖频率范围的积分参数，比如积分多次反射、积分回波损耗、积分串扰等。另外还引入COM方法进行电缆质量评估。Gen 3使用COM，Gen 4使用eCOM。相比COM，eCOM门限大于等于0 dB，信道仅支持S参数导入，不支持信道特性阻抗、衰减、长度参数，增加了接收端抖动和噪声参数。DP V2.1 UHBR信号可在增强型DP/mDP及Type-C接口上通过DP40/DP80电缆进行互连,其中UHBR20信号包含Source/Sink/DP80端到端损耗预算约22.5dB。DP40电缆可支持到UHBR10，长度约1m/1.5m/2m，DP80电缆可支持到UHBR20，两者已有商用认证产品。DP40/80电缆都包含Cable ID，相比DP8K电缆，增加了对间时延参数。
图：USB Gen3/20Gbps近端串扰影响[2]
02 接收端：
从仿真的角度，需支持PAM3接收机内部模块参数调整，比如CTLE、AGC、Compression、DFE和CDR。
从接收一致性的角度：校准环境下Gen 4相比Gen 3，压力参数ACCM noise大小不变，RJ/PJ大小降至约一半，不在使用眼图约束，而是通过SNDR/RLM/Jitter约束。测试场景包括case 1和case 2。Case 1是直连。case 2包括额外电缆，有USB4 Gen 3 passive cable互连和USB Type-C LRD Cable互连两种场景。测试情况下，需支持多种码型及切换，初始PRBS11不带SSC用于接收机训练，切至PRTS7，带校准的压力参数和优化的Preset用于第2次训练，切至PRTS19，带pre-coding和3400ppm下展频的SSC用于Case 1测试，带pre-coding和3000ppm的下展频用于case 2测试。DP V2.1与DP 1.4a使用相同DPCD寄存器，控制物理层测试模式，寄存器在不同编码时(8b/10b和128b/130b)，功能不同。UHBR20 Sink校准参数类型与USB4 Gen 3一样，但TP1和TP3_EQ眼图幅度和眼宽略有压缩，链路训练方法有更新，规范要求被测件物理逻辑子层必须支持128b/132b LANEx_CHANNEL_EQ_DONE和LANEx_CDS_DONE/LANEx_SYMBOL_LOCKED/INTERLANE_ALIGN_DONE两个任务，接收原始误码率小于等于1E-9，置信度大于99.9%。
是德科技测试方案
是德科技提供仿真、物理层发送一致性测试、接收一致性测试和互连一致性测试整体方案。
仿真平台PathWave可提供W3801E软件，帮助用户建立并修改USB AMI模型。该软件可支持NRZ、PAM3信号格式，提供收发及参考信道模型。以Rx为例，提供CTLE功能支持Pole-zero、Impulse response和Step response方法、AGC功能支持Output Swing和Alpha参数调整、增益压缩选项支持电路非线性影响修正、DFE功能支持多抽头系数调整、提供CDR支持自动和手动调整环路滤波器/VCO灵敏度、提供Rx_DCD/Rx_Dj/Rx_Rj/Rx_Noise/Rx_Receiver_Sensitivity保留参数。DP V2.1技术可借助该选件完成相应参数调整。
图：USB4 V2 AMI Modeler-W3801E
基于UXR高性能实时示波器平台推出D9050USBC物理层一致性测试软件，覆盖USB4 V2.0标准，支持25.6GBd PAM3信号自动化测试。也推出了D9042DPPC软件，覆盖DP V2.1标准Source测试。UXR实时示波器模拟带宽覆盖5GHz~110GHz，集成10 bit高速ADC，固有抖动小，本底噪声低，支持规范提及的噪声移除功能，可满足未来多年高速信号精确测试。
图：USB4 V2 Tx&DP V2.1 Source测试方案
基于ENA/Streamline USB/PXI矢量网络分析仪和开关矩阵推出S94USBCB USB Type-C互连一致性测试软件，提供向导方便完成参数配置、校准及测试，支持去嵌入和AFR功能可实现精确测量，覆盖USB2/3/4标准，支持 Type-C电缆、连接器和裸线测试。
图：USB等高速互连测试方案
综上所述，目前支持USB4 V2.0及DP V2.1接口的芯片与产品较少，仍处在研发阶段，需要IP核、芯片、产品生态链企业共同推动发展及落地；是德科技作为USB-IF与VESA的协会成员，一直致力与业界各企业协作，共同推动规范的完善与测试方案的开发。
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型号- U8480,B2911B,N9321C-TG4,CXG X 系列,N8926A,34460A,N7040A,N5742A,N5766A,N9918B,N9918A,N6735B,N6977A,DSOX6MSO,V8486A,N6953A,N8480,85093D,3012G,N5743A,6800C 系列,3024G,L2050 X 系列,N1914B,N5767A,3000G,N1914A,P9240AUTC,B2900BL,N6976A,N6746B,N443XD,N6734B,N6952A,E5061B ENA 系列,N8948A,34470A,N7042A,N1913B,N1913A,N5744A,N1298B,E5061B ENA,N5768A,N1298C,N3300A,3000G 系列,N1298A,N9916B,N9916A,N8924A,N9928A,D2000AUTB,34939A,N6701C,N8949A,N8925A,N8937A,N7041A,3034G,N1912A,N9000B,N5745A,3022G,N5769A,N2819A,B2901BL,S404A,E36100B 系列,N6700C,N9917B,N9917A,N6736B,N6954A,CXA X,D6000PWRB,8491A,E36150,P9240AERC,N9320B,33509B,N7020A,N1911A,N5746A,N3302A,N2818A,EXR208A,34925A,34937A,82357B,P9240BDLC,U2802A,D6000AUTB,N5181B,8480D 系列,N2142A,N9321C,AC68GPBU,B2902B,3032G,4024A,N5747A,N3303A,U9424B SP4T,S204A,E36150A,8490G,ENA,U9422C SPDT,N6702C,B2901B,N6705C,U2060 X,D2000BDLB,N8928A,33519B,EL30000,N3304A,N5748A,D4000USBB,33600A 系列,34947A,34959A,6000 X 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系列,2000 X 系列,4000 X,33511B,N5166B,EDU36311A,N3300,4104A,E36234A,2022A,N7900,D3000USBB,DSOX-2WAVEGEN,N2820A,U3810,U2600,33510B,U2020 X 系列,N443XD 系列,3014G,33522B,BV9200B,EDU34450A,3498A,E36200 系列,34950A,U9428A SP8T,E36233A,CXG X,EXG,N8480 系列,L2060 X 系列,AC6903L,N2843A,RP7936A,E36100B,AC6903H,EXR,B2900B 系列,D4000PWRB,33521B,N9962A,RP7962A,EPM 系列,3000G X,1000 X 系列,P9377B,AC6804B,EXG X 系列,E4982A,DAQM905A,DAQM909A4,N9950B,N9950A,N8740A,D3000GENB,E36200A,E36103B,N6791A,E 系列,N2842A,AC6912L,B2980B 系列,AC6912H,N9951A,33520B,RP7973A,RP7961A,N2841A,N7007A,53131A,P9243A,P937XA,P937XB,E4981A,U2741A,N9323C-TG7,N9951B,34972A,E36102B,N6790A,EDU33210A 系列,E36320A,N8741A,AC6802B,RP7972A,4000 X 系列,U2000 系列,U9424A,P9240AWGA,P924XA,S254A,E3600 系列,DAQM903A,N9960A,53200 系列,E36311A,N8762A,6000X,E36105B,U7104N,N6781A,U9424C,U2000,U9424B,N2876A,U7104F,E3641A,U2060 X 系列,U7104E,EXR254A,U9428B SP8T,RP7983A,N3300 系列,N7550 系列,AC6803B,DAQM904A,N8900,U2751A,84904L,34970A,N9961A,E36104B,CXG,E36150 系列,N6792A,P 系列,E3640A,DSOXBODE,AC6800B,N2874A,EDU33211A,RP7942A,6002A,BN9963B,E3600,S054A,1000 X,U7106N,E36313A,DAQM900A,L2060 X,U9422B SPDT,DSOX,U7106F,U7106E,N8756A,DSOX2MSO,J7204B,N8732A,E36150A 系列,N8950A,U3851A,EXR058A,RP7941A,AC6801B,10070D,P9384B,D4000AUTB,N2752A,EDU33210A,RP7953A,BN9962B,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,U2020 X,E36106B,53220A,N8757A,AC6900 系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 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Keysight（是德科技）测试仪器分销产品选型指南（英文）
目录- BenchVue Control and Analysis Software RF Bench and Handheld Instruments Handheld Spectrum Analyzers FieldFox Handheld Analyzers Spectrum Analyzers, Signal Analyzer Audio Analyzer and Signal Generator Power Sensors and Power Meters RF and Microwave Test Accessories Vector Network Analyzers and ECal Modules Essential Bench Oscilloscopes, Applications, and Probes Digital Multimeters Function/Arbitrary Waveform Generators Data Acquisition/Switch Units USB Products and Connectivity Frequency Counters/Timers Power Supplies Bench Power Supplies System Power Supplies Precision Power Supplies System Power Supplies(continued) DC Power Analyzer, SMUs, and DC Electronic Loads AC Power Sources LCR Meters Handheld Instruments
型号- U8480,B2911A,U1272A,N8926A,34460A,N7040A,U8000,N9340B,53140,N5742A,N5766A,34905A,N9918A,N6735B,N8480,N5743A,N5767A,N1914A,3024T,3012T,U1273A,34904A,N6746B,N6734B,U3800,U1282A,N8948A,34470A,N7042A,N1913A,N5744A,N5768A,34903A,N8924A,N9916A,N9928A,34939A,N6701C,N8949A,U1271A,N8925A,N8937A,N7041A,N1912A,N9000B,N5745A,N5769A,N2819A,3022T,3034T,N6700C,34902A,N9917A,34938A,N6736B,U1600,8491A,DSOX1102G,DSOX1102A,N9320B,P-SERIES,33509B,N7020A,N1911A,N9344C,N5746A,N3302A,N2818A,34901A,34937A,U1701B,82357B,U1273AX,U2802A,N5181B,N2142A,U1281A,B2902A,4024A,N5747A,N3303A,8490G,N2805A,3032T,N6702C,U1700,N6705C,N8928A,N9342C,33519B,B2901A,N3304A,N5748A,34947A,N2804A,N8929A,N5171B,N9343C,N2140A,X-SERIES,B2912A,N3305A,U8903B,N5749A,4022A,34934A,4034A,34946A,8480D,3054T,U2702A,N3306A,U1733C,U1210,U2300,N5700,34945A,3458A,TU1453A,U2701A,B2962A,1146B,N3307A,1147B,N7026A,33600A,33612A,B2961A,N9322C,N9310A,U1731C,2002A,53200,2014A,3104T,U1610A,U2723A,33611A,2004A,U1732C,J7205A,34942A,U3606B,53210A,J7205B,U2722A,N1810UL,33622A,3102T,34941A,N8760A,2012A,2024A,U2500,U1620A,33512B,33500B,33621A,N1810TL,3004A,N6700,N6705,N8761A,N2821A,33511B,N3300,4104A,2022A,N2820A,U2600,33510B,33522B,3014T,N2843A,E36100B,33521B,N9962A,87106D,AC6804B,E4982A,DAQM905A,34950A-34959A,N6750,N9950A,N8740A,E36103B,U2020,EDUX1002A,N9951A,33520B,N7007A,83050A,N2962A,53131A,P9243A,E4981A,U2741A,34972A,E36102B,J7211B,J7211A,J7211C,E36320A,N8741A,AC6802B,DAQM903A,U1270,N9960A,E36311A,N8762A,E36105B,N6781A,U2000,E3641A,EDUX1002G,N2863B,AC6803B,DAQM904A,N8900,U1280,84904L,U2751A,34970A,N9961A,B2900,E36104B,E3640A,AC6800B,N2862B,6002A,E3600,E-SERIES,E36313A,DAQM900A,U1250,U5850,N8756A,N8732A,N8950A,AC6801B,10070D,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,E36106B,53220A,N8757A,87222D,N8733A,N8951A,87222E,N9952A,87104D,P9242A,E4980A,6004A,53132A,N6785A,N6773A,U1452A,B2980A,N6761A,N8754A,N8742A,P9241A,N2871A,53230A,N8700,N4985A-S50,U1240,N6784A,E4981A-001,E4981A-002,N8755A,U1453A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,87405B,N2894A,N5770A,8495B,87405C,34420A,E3647A,10833F,34921A-25A,10833G,10833A,10833B,4154A,10833C,10833D,N6775A,U1450A,N8736A,N6763A,U1232A,N8954A,N6751A,N8930A,N7550,N9923A,N2796A,N9935A,N2893A,N5771A,E36100,E3646A,6811C,N4985A-S30,4032A,N8737A,N6786A,N6774A,N8943A,N6762A,E5063A,10834A,N8955A,U1451A,8494G,N8931A,E3634A,U1233A,3052T,N2783B,P9371A,N2795A,N5772A,6813C,E3649A,6800C,6812C,N6753A,N8758A,U1460A,N6741B,U1242C,N8734A,U1242B,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,P9370A,N2891A,N2782B,EPM SERIES,53181A,N5761A,34931A-33A,34465A,E3648A,4054A,N8759A,N6764A,U1231A,U1461A,N6752A,E9320,83020A,N8735A,N8941A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,L2060,N2781B,U1240C,N9914A,82350C,N5750A,N5762A,U2063,E5810B,N8934A,N6743B,N9926A,P1912A,N8946A,N6731B,N9938A,U1252B,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,N2792A,N2780B,U1241C,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,E9300,N8923A,N9915A,N8935A,N6742B,N9927A,E3630A,U1241B,4052A,U1253B,E3642A,N6766A,34908A,N6754A,N2791A,N9912A,N8738A,N9936A,U1190,U2040,N5752A,N5764A,34450A,DAQM907A,N8932A,N8944A,34907A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,L2050,N2790A,U1251B,N8739A,N9913A,N9925A,N5741A,DAQM908A,N5765A,34461A,U2053,N8945A,N6732B,N9937A,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,E3644A,N6744B
如何使用矢量网络分析仪？
矢量网络分析仪（VNA）用于表征射频器件和网络。除了测量基本的S参数（如S11、S21等）外，现代VNA还能进行复杂的矢量测量，包括幅度和相位响应，从而提供更全面的器件性能分析。对于高频和毫米波应用，VNA能够提供高精度测量，并支持滤波器、放大器等关键射频元件的表征。
技术探讨 发布时间 : 2024-06-19
【选型】Keysight（是德科技）光波产品（测试与测量网络和数据中心）选型指南（中文）
目录- 光波产品应用简介 光波产品应用软件 可调激光源（TLS）和固定激光源（DFB和FP） 光功率计 偏振产品 多波长计 光衰减器和光开关 光波器件分析仪（LCA） 光调制分析仪（OMA）和ICR测试 示波器与光/电转换器 任意波形发生器（AWG） 比特误码率测试仪（BERT） 数字互连测试系统 光接收机极限测试（ORST ） 数字通信分析仪（DCA） SMUs 光波产品选型表和附件
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【选型】Keysight（是德科技）网络分析仪产品选型指南（中文）
目录- 网络分析仪产品简介 通用网络分析仪 ENA和精简系列USB矢量网络分析仪 PNA系列矢量网络分析仪 多端口测试仪/射频和微波固态开关/PXI多端口网络分析仪 PNA毫米波系统 手持式微波分析仪
型号- M9165B,N5221B,PNA-X,N5241B,N9914B,N5225B,N5245B,N5249B,N9950A,E5080B,E5080A,E5092A,E5072A,N9918B,N9951A,N5290A,N5242B,P916XB,P937XA,P916XA,N5234B,N5222B,M9808A,M9804A,P502XA,E5071C,E5063A,M9375A,P937XA 系列,PNA-L 系列,N9952A,N5231B,PNA 系列,P9165B,P9375A,N5247B,N5235B,N5239B,N5227B,P9370A,M9164B,P9164B,N5232B,N9913B,N5224B,P5008A,N5244B,M9019A,N529XA,PNA-X 系列,M980XA,P50XXA,P5024A,P5028A,E5061B
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服务
根据用户的接口模块，使用是德示波器及夹具查看实时眼图演示，测试USB/MIPI/DDR/SATA/HDMI协议,支持最高到1.2GHz的实时眼图协议测试。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳 提交需求>
支持 3Hz ~ 26.5GHz射频信号中心频率测试；9kHz ~ 3GHz频率范围内Wi-SUN、lora、zigbee、ble和Sub-G 灵敏度测量与测试，天线阻抗测量与匹配电路调试服务。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/苏州 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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