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需求评审#

企业决定生产一块电路板，首先是需求决定的，由于我们的机器人需要实现与人的语音交互功能，所以我们需要设计和生产一块麦克风电路板。从需求的角度，我们需要考虑到：

1. 一块电路板需要几颗麦克风？
2. 麦克风/音频芯片的选型主要考虑哪些参数？选择模拟麦克风 or 数字麦克风？我们需要更 HiFi 的收音质量还是能听个响就够了？
3. 一块电路板的元件成本（主要）和生产成本大概在多少？同等价格有没有更优的方案？
4. 主要元件（麦克风、音频芯片）的供应商应该找谁？他是否愿意优先供货给我们？他的供货能力足够吗？是否需要备用供应商或者混用供货？在未来较长的一段时间内是否有可能存在拖延交期的风险？

结构分析#

决定需求之后，我们就需要开始考虑结构，或者叫做机械设计。对于机器人而言机械设计总是走在硬件设计的前面，也总是成为硬件设计的约束条件。硬件的研发必须在结构给定的约束内进行发挥，主要包括如下几点：

1. PCB的板框、板厚限制
2. PCB的高度、重量（对于机器人而言重量也是不能忽略的指标）、热设计限制
3. PCB与其他PCB的连接约束、线束的规格与位置限制
4. 螺丝孔、填充材料、禁布区域的限制

即使是不到一百pin的小小麦克风板也花费了我近一周时间才完成原理图绘制+PCB layout，主要原因就是结构工程师给定的限制非常苛刻，本身PCB面积就极小，允许放置元件的区域更是捉襟见肘，不得不调来调去才摸索出差强人意的解决方案。

硬件设计#

接下来才是我们最熟悉的硬件设计过程，主要的流程有：

1. 原理图设计，需要优先使用企业元件库里已有的器件，没有的可以从 teamcenter 上进行申请
2. PCB layout，对于简单的板子来说没有SI和PI的考虑，能放得下就行
3. 热设计，需要结合PCBA生产工艺和各个器件的运行寿命来考虑机器人在各种环境下硬件能否正常且稳定地工作

在原理图和 PCB layout 阶段结束前各有一次评审，通常由更资深的工程师来审查设计文件有没有缺陷，并用表格记录下来缺陷详情和改进方法。

另外硬件设计有个标准叫“降额准则”，要求电路设计不能顶着元件的工作上限去使用，一个简单的例子就是12V的电源电路得用36V甚至50V耐压的滤波电容。

硬件测试#

把制造文件和装配文件交给板厂后，就可以等着贴片好的PCB送到手里了。一台人形机器人身上少说有一二十片 PCB，把它们组合在一起已经是个复杂和庞大的工程。等所有的 PCB 到齐，工程师会着手组装新的机器人，并在组装过程中记录研发阶段没有考虑或者没有解决的问题：哪里又干涉了，哪里又冲突了，哪里线不够长，哪里的安装步骤还有优化空间。这样从T1到T2，又能解决掉很多问题。下面是从拿到板厂寄来的 PCB 后，硬件工程师需要做的事情，以我设计的麦克风电路板为例：

1. 上电测试：电源输入是否正常、降压电路是否正常、各芯片引脚处电压是否正常，功耗是否符合预期
2. 功能测试：单独连接上位机或者与其他 PCB 连接，测试板上的功能能否正常实现，板间的通信是否正常工作
3. 声学测试：对于麦克风板而言，收音质量有专门的测试指标，还需要通过一些国际通用的质量认证（主要是测试 THD+N 等参数），要求四颗麦克风的收音具有一致性，且对同幅度的不同频率信号能收到同幅度的波形
4. 驱动测试
5. 整机测试

做完这些流程需要大概一个多月的时间。这样对比下来个人DIY爱好者的效率显然远比企业高得多。但是从可量产的角度考虑，企业必须严格把控和规范生产的每一个环节，以提升产品质量和降低返修率。至少对于智元这种成本没那么敏感的企业，已经给硬件研发卸下了成本限制的负担，元件选型和制造工艺几乎都可以任选，相比其他消费电子企业应该已经轻松不少了。