無線物聯(lián)網(wǎng)（WIoT）在各領(lǐng)域（如智慧工廠、智能家居、安防監(jiān)控）愈發(fā)受重視。相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，WIoT具備無需有線或物理連接、方便設(shè)置、需要少人干預(yù)的特點(diǎn)，有助于提升生產(chǎn)效率、降低成本，同時(shí)提高用戶使用體驗(yàn)。現(xiàn)代WIoT設(shè)備可用高頻實(shí)現(xiàn)短距離快速數(shù)據(jù)交換，亦可用低頻實(shí)現(xiàn)在邊緣或云處理中心的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。其中，生成與混合頻率是高效無線傳輸中的重要環(huán)節(jié)；然而，目前的生成與混合模塊常采用單獨(dú)的電路，基于傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件，涉及寄存器、環(huán)形振蕩器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器等復(fù)雜電路，且未專門針對(duì)WIoT低頻傳輸鏈路進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致出現(xiàn)高延遲和能耗問題。

針對(duì)此問題，北京大學(xué)集成電路學(xué)院/集成電路高精尖創(chuàng)新中心的楊玉超教授團(tuán)隊(duì)首次提出以VO2 憶阻器為主體的高一致性、可校準(zhǔn)的頻率振蕩器，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了8×8的VO2 憶阻器陣列，通過緊湊設(shè)計(jì)的外圍電路實(shí)現(xiàn)了頻率現(xiàn)場生成和可編程頻率混合系統(tǒng)。演示實(shí)驗(yàn)證實(shí)，基于脈沖激光沉積的外延生長VO2憶阻器件具有基于負(fù)微分電阻（NDR）行為的自振蕩現(xiàn)象，原位觀察揭示高溫導(dǎo)電通道的形成和消失引起NDR區(qū)的自振蕩，闡述了這一現(xiàn)象由電熱引發(fā)莫特轉(zhuǎn)變。由于器件質(zhì)量優(yōu)良，有并聯(lián)校準(zhǔn)電阻，振蕩器展現(xiàn)出良好的周期內(nèi)和器件間一致性。該系統(tǒng)可現(xiàn)場生成集混2至8個(gè)通道，頻率高達(dá)48kHz。此外，團(tuán)隊(duì)還深入分析了VO2憶阻器陣列可編程性，頻率生成和混合可根據(jù)VO2陣列大小、電壓調(diào)控的電流驅(qū)動(dòng)單元以及校準(zhǔn)電阻來調(diào)整，成功實(shí)現(xiàn)了基于VO2憶阻器的高一致性、可校準(zhǔn)原位頻率生成與混合。

接著，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了軟件硬件一體化的端到端WIoT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在傳輸多項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)（如音頻、圖像和點(diǎn)云）的過程中，相較于現(xiàn)有基于CMOS的頻率生成與混合模塊，VO2憶阻器的頻率發(fā)生與混合系統(tǒng)能夠降低1.45×至1.94×能耗，并將傳輸比特誤率（BER）穩(wěn)定在0.02dB至0.21dB之間。這項(xiàng)研究表明，VO2憶阻器有望取代傳統(tǒng)WIoT中的復(fù)雜CMOS頻率生成與混合模塊，為未來高能效WIoT系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來新的優(yōu)化思路。