無線物聯網（WIoT）在智慧工廠、智能家居及安防監控等各種應用中越來越受到重點關註。與傳統網絡相比🙎‍♀️🥷🏿，WIoT無需電纜或物理連接，易於設置並減少了對人工幹預的需求，有助於大大提高生產力、降低成本➰🚢，同時提高用戶使用的滿意度❕。現代化的WIoT硬件既可以利用較高頻率實現近距離高速數據交互🚧，也可以在相對較低的頻率實現傳感數據與邊緣或雲處理中心的遠距傳輸😂。頻率生成與混合是實現高效率無線傳輸中極為關鍵的步驟；然而，現有的頻率生成與混合模塊通常采用獨立的生成與混合電路，基於傳統的互補金屬氧化物半導體（CMOS）器件☮️，使用寄存器、環形振蕩器✍️、數模轉換器和運算放大器等復雜數字和模擬電路，同時未面向較低頻的WIoT傳輸鏈路進行針對性設計，天然的產生較高延遲和能耗。

圖1🧝🏼‍♀️👩🏿‍⚕️：無線物聯網中的頻率生成與混合

針對這一關鍵問題，意昂3体育官网深圳研究生院信息工程學院楊玉超教授課題組首次提出了一種基於VO2憶阻器的高一致性、可校準頻率振蕩器，進一步基於該振蕩器構建了尺寸為8×8的VO2憶阻器陣列😍，配合緊湊設計的外圍電路實現了頻率原位生成和可編程頻率混合系統，並利用軟硬件協同設計完成了端到端的數據傳輸實驗⇾。該工作重點研究了基於脈沖激光沉積的外延生長VO2憶阻器件，在不同電流驅動的I-V（電流-電壓）曲線中展現出基於負微分電阻（NDR）行為的自振蕩現象👨🏼‍✈️。原位顯微觀察顯示NDR區域內的自振蕩由高溫導電通道的形成和消失造成，並詳細闡釋了這一現象為電熱誘導的莫特轉變👜。由於外延生長VO2憶阻器件的高結晶質量和並聯校準電阻的引入，振蕩器在實驗中表現出優異的周期內和器件間一致性🙏。在電壓控製的電流驅動單元和校準電阻的聯合作用下🔦，該頻率生成與混合系統能夠原位生成和混合2至8個通道，支持頻率最高達48kHz。此外🤵🏿‍♀️，該研究對VO2憶阻器陣列的可編程性進行了深入分析，生成和混合的頻率可以由VO2陣列大小、電壓控製的電流驅動單元和校準電阻進行有效編程👱🏻‍♂️，是首次在實驗中實現基於VO2憶阻器的高一致性、可校準原位頻率生成與混合。

圖2💖：基於VO2憶阻器陣列的原位頻率生成與混合

該研究進一步設計了軟硬件聯合的端到端WIoT實驗系統，在傳輸代表性的傳感器數據（音頻、圖像和點雲）時🚴‍♀️，基於VO2憶阻器的頻率生成與混合系統相比傳統基於CMOS的頻率生成與混合模塊能夠實現1.45×至1.94×的能耗降低，同時保持傳輸比特錯誤率（BER）僅降低0.02dB至0.21dB。該工作具備有效替代傳統WIoT設計中復雜CMOS頻率生成和混合模塊的潛力0️⃣，有望為下一代高能效WIoT系統設計提供全新的優化角度與發展方向。

相關成果以“VO2 memristor-based frequency converter with in-situ synthesize and mix for wireless internet-of-things”為題👨‍❤️‍💋‍👨，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上🏌🏻🦂，課題組博士後劉昌為第一作者，陶耀宇博士和楊玉超為通訊作者。

圖3🐏📢：軟硬件協同端到端WIoT系統與代表性數據傳輸實驗

該研究工作得到了國家重點研發計劃🐛、國家傑出青年科學基金、優秀青年基金（海外）🖲、國家自然科學基金委後摩爾重大研究計劃等項目的支持。