讓 AI Agent 參與 PCB 設計：MAX-M10S GNSS 四層板從 KiCad 到 JLCPCB SMT 的實作紀錄

圖 1：MAX-M10S GNSS 驗證板 Rev C 成品。頂面 17 顆元件由 JLCPCB SMT 貼裝；兩側的 2.54 mm 排針孔留給使用者自行焊接。

這篇文章記錄一塊小板子的完整過程：用 Claude Code 和 Codex 兩個 AI Agent 協助 KiCad 設計，經過 ERC/DRC 與交叉審查，送到 JLCPCB 做四層板和 SMT 組裝，到貨後實際上電、收衛星、定位。

做完的感想是：Agent 幫得上的地方比我預期多，查原廠資料、寫驗證腳本、輸出製造檔都省了不少時間；但它也算錯過阻抗、寫錯過設計規則，還對證據不足的問題下過結論。後來的做法是每一步都要留下能重跑的證據，付款、送單和功能取捨則一律由我決定。

一、為什麼要做這塊板

我之後的幾個專案都會用到 GNSS 定位。與其直接把 GNSS 塞進一塊功能更多的板子，我想先用一塊獨立的小板確認幾件事：

• u-blox MAX-M10S 的周邊電路與腳位接法是否正確；
• 被動天線的 RF 走線在四層板上的做法；
• PCBA 的料號、封裝、貼裝方向能不能一次過；
• 韌體端的 UART、PPS 與 A-GNSS 輔助資料能不能跑起來。

所以這塊板的定位很單純：只有 GNSS，能插麵包板，方便接任何 MCU 測試。

二、工作流程：兩個 Agent、一個寫入者

這個專案同時用了 Claude Code（以下簡稱 CC）和 Codex。兩者都能讀寫檔案、執行命令，所以一開始就得講好誰能改檔案，不然兩個 Agent 加上我，很容易互相覆蓋。最後定下來的規則是：

1. 同一時間只有一個寫入者。 同一個工作目錄、同一個 KiCad 視窗，同時只能有一位 owner 修改。換手前在 WORKLOG.md 記下 owner、改了什麼、驗證結果和停止點。
2. 重要修改交給另一個 Agent 審查。 審查者只開讀檔與搜尋工具，不能寫檔、不能執行 shell。審查最多兩輪：審查者提出證據，owner 判斷並修改。如果審查因額度或權限中斷，就標示「未完成審查」，不當成通過。
3. 改設計前先保存可還原的版本。 改完後比對 netlist、重跑 ERC/DRC，確認差異只出現在預期的地方。
4. 付款、送單、寄信、確認生產稿都由我本人決定。 Agent 可以準備文件、起草信件、比對資料，但按下確認的一定是人。

實際分工上，這塊板的原理圖與佈局修改主要由 Codex 負責，它用 Python 腳本呼叫 KiCad 的 pcbnew API 建立板框、擺放零件和設定規則，再用自動佈線腳本走訊號線（一般訊號 0.20 mm、3V3 0.30 mm）。CC 負責工具驗收、RF 部分的獨立複查、投產後對製造檔的獨立複核，以及到貨後的上電測試。JLC 回傳生產稿後的逐層比對，則由 Codex 主導，另由唯讀 Agent 做機械與鑽孔審查。驗證一律使用 KiCad 10.0.6 原生的 kicad-cli 跑 ERC、DRC 與 Gerber 匯出，不只依賴 Agent 自己的判斷。

後來我把這套流程、範本和相關 Agent Skills 整理到 pcb-agent-workflow，下面各節提到的做法在裡面都有對應文件。

三、原理圖：每一個腳位都要對回原廠資料

圖 2：Rev C 原理圖。左上為電源與去耦，中間是 MAX-M10S，右側是天線、ESD 與兩排排針，下方是 LED 與測點。圖上 D1 為原設計料號 PESD3V3C1BSF，實際生產時因缺貨換成同封裝的 PESD3V3Z1BSFYL。

原理圖本身不複雜，難的是每個決定都要有依據。我要求 Agent 在決定任何腳位接法之前，先對照 u-blox 的 MAX-M10S Data Sheet（UBX-20035208）與 Integration Manual（UBX-20053088），並把引用的表格與章節記下來。幾個實際的設計決定：

• 只支援被動天線。 VCC_RF 與 LNA_EN 不接，沒有 bias tee。設計時參考了 SparkFun 的 MAX-M10S 板，但把 SMA 換成更小的 MHF I 天線座，並刪掉主動天線供電電路。
• 板上不放 LDO。 MAX-M10S 的供電範圍是 3.135～3.465 V，這塊板只接受外部穩壓的 3.3 V，絲印直接印「3V3 ONLY」。
• UART 與 PPS 保留 33 Ω 串聯電阻。 沿用 SparkFun 參考設計的做法，模組 TX／RX 方向直接標在絲印上，避免接反。
• PPS LED 經 BSS138 緩衝。 由 MOSFET 驅動 LED，減少模組 TIMEPULSE 腳的負載，接到 MCU 的 PPS 訊號不受 LED 影響。
• 天線端加低電容 ESD。 D1 原本選用 Nexperia PESD3V3C1BSF（典型電容 0.2 pF），送廠時因缺貨改用同封裝的 PESD3V3Z1BSFYL（典型 0.28 pF），兩者對 1.575 GHz 訊號的負載都很小。

早期版本（Rev A、Rev B）還有 RTC 備援電路，讓模組斷電後保留星曆、縮短下一次定位時間。這個電路後來因為 SMT 組裝的限制被拿掉，第六節會說明。

四、佈局：四層板上的 50 Ω RF 走線

圖 3：Rev C 頂層。右上 J1 天線座經 D1 直接連到 U1 的 RF_IN，全程沒有過孔；左下與右側為麵包板排針。

板子只有 25 × 36.5 mm，但 RF 路徑是整塊板最需要小心的地方。這裡的做法：

• 疊構： F.Cu／7628 預浸片 0.2104 mm／In1 GND／芯板／In2 GND／7628 0.2104 mm／B.Cu。兩個內層都是完整的地，內層不走訊號。
• RF 線寬： 以 In1 為參考面的微帶線，介電常數取 4.4，用 Qucs 文件中的 Hammerstad–Jensen 公式計算，50 Ω 對應線寬 0.372 mm。
• 敏感度： 線寬 ±0.025 mm 時阻抗約 48.2～51.9 Ω；介電常數 4.2～4.6 加上介質厚度 ±10% 時約 46.0～53.9 Ω。對一條總長只有 5.5 mm 的走線來說可以接受。
• 退讓與回流： RF 線兩側與地銅保持 1 mm 間距，在 J1、D1、U1 旁放接地過孔，讓回流路徑盡量短。D1 的焊盤間距較窄，有兩段 0.15 × 0.5 mm 的細頸，長度遠小於波長。

圖 4：In1 內層是完整的 GND 平面，RF 線正下方沒有任何切割。

RF 這段也是 Agent 出錯最多的地方，前後遇到三次：

1. 公式用錯分支。 第一次的阻抗計算對有效介電常數用了簡化式，條件超出適用範圍，結果作廢。後來改成寫一支腳本，完整實作 Hammerstad–Jensen 公式並加上銅厚修正，數字才穩定下來。
2. 回代錯誤。 另一個 Agent 在交叉驗算時，把只該用在傳播計算的厚度修正介電常數又代回阻抗式，算出 51.12 Ω。owner 用公式與 scikit-rf 重新實作反證後，這個結果被撤回。分析工具給的 43.2 Ω 則是用純微帶線模型套在有側邊地銅的結構上，也不能拿來佐證。
3. 規則寫錯，DRC 卻照樣通過。 設計規則檔（DRU）中有一條例外，原意是讓 D1 附近的 RF 細頸可以用 0.15 mm 間距，但條件寫成「所有 RF 網路物件」，結果也套用到 GND 鋪銅上。文件寫的 1 mm 退讓，實際只剩約 0.151 mm，而 DRC 完全不會報錯，因為規則本身允許。

第三個問題讓我學到：DRC 通過只代表「符合你寫的規則」，不代表規則是對的。 修正後，CC 在複查時做了一個反向測試：把板子副本的鋪銅間距刻意改小，確認 DRC 仍守住 1 mm；再把規則檔拿掉，DRC 立刻報出 4 個違規。用「讓它故意失敗」的方式證明規則確實在發揮作用，比單看「0 錯誤」可靠得多。

五、驗證：ERC/DRC 之外還檢查了什麼

Rev C 送廠前的驗證結果：

除了數字，審查真正有價值的地方，是抓出「看起來合理但其實不對」的東西。例如有一份審查報告把天線座 J1 列為「確定無法配料」的阻擋問題，Codex 稽核時找不到足夠證據支持，這一項被駁回，後來 J1 也順利貼裝。反過來，CC 在驗收 KiCad 工具時建了一個拋棄式的 LED 測試專案，裡面把 LED 的陽極和陰極接反，也是在 Codex 的交叉審查中被指出。

這裡的原則是：Agent 的結論必須附上證據，而且要讓另一方能重現。 只說「我檢查過了，沒問題」的報告一律不算數。

六、為了 SMT 組裝而改版：Rev A → Rev B → Rev C

這塊板總共改了三版，其中兩次改版都是因為製造端的限制，不是電路錯誤：

Rev B 卡關時，我請 Agent 整理問題並透過 JLCPCB 線上客服詢問，客服明確回覆超級電容與電池類元件目前不提供組裝。我一開始選擇讓 JLCPCB 貼其餘元件、儲能電容自己補焊。後來重新評估：這是驗證板，MAX-M10S 的 Integration Manual 也允許 V_BCKP 不接，補焊 9 顆 3225 電容不划算，於是決定整個拿掉備援，順便把板子縮小。這種「功能取捨」是我認為應該由人做的決定，Agent 負責列出影響與手冊依據。

Rev C 的 RF 走線、U1、J1、D1 位置與 Rev B 完全相同，只動電源備援區和板框，所以前面 RF 的驗證可以沿用。

最後送廠的版本又做了三個製造調整，PCB 幾何沒變：

• 表面處理從 ENIG 改成 OSP。
• 只貼頂面： 兩排排針不交工廠，到貨後自己從底面插入焊接。
• D1 換替代料： 原料號缺貨，改用同封裝的 PESD3V3Z1BSFYL，並對照 Nexperia 原廠資料確認封裝、電容與工作電壓。

七、JLCPCB 製造：從 DFM 到生產稿確認

下單在 JLCPCB 網站完成：PCB 5 片，其中 2 片做 Standard PCBA。

拼板與工藝邊交給工廠。 原本 Codex 做了一版 70 × 70 mm 自拼工藝板，後來改成只上傳單板，由 JLCPCB 加工藝邊與定位點，並選擇交貨前拆邊。網站顯示的加工尺寸是 71 × 70.5 mm，收到的是拆好的 25 × 36.5 mm 成品。這樣能省去自己畫工藝邊和 V-cut 的麻煩。

DFM 與工程問答。 我在下單時選了生產稿確認（production file confirmation），付款後工程師會把 CAM 處理後的生產稿和貼裝位置傳回來，請客戶確認後才投產。這一步我請 Agent 協助逐項比對，並對工程師提出四個問題：

圖 5：頂層銅箔比對，左為原始 Rev C，右為 JLCPCB CAM 生產稿。Agent 把每一層都對齊後逐像素比較，再分類差異。

生產稿比對是我覺得 Agent 最好用的一個環節。它把工廠回傳的 14 個 Gerber 和原始發行包對齊，逐層算差異：外層除了上面提到的一個過孔微移與少數局部銅邊擴張，沒有其他差異；內層只是工廠移除了沒有連到 GND 的孤立焊盤，沒有發現斷路。這是影像比對，不等於完整的網表證明，所以我們仍逐項向工程師確認。這些工作如果用人工對著兩張圖找，很容易漏看。

圖 6：JLCPCB 的貼裝確認頁面，可以逐顆檢查元件位置、極性與料號。圖中為靠近板邊的 R7 與兩顆 LED。

PCBA 的貼裝確認頁可以切換 2D／3D，逐顆檢查位置和方向。我們檢查了 U1 的 pin 1、兩顆 LED 的極性、Q1 的方向和 J1 的位置，確認後才送出。要注意的是貼裝確認有時限，逾時未回覆會直接投產，所以收到通知後最好盡快處理。

訂單在 9 月 30 日投產，中間遇到工廠連假停工，10 月中收到板子並開始測試。

圖 7：左為裸板，右為 JLCPCB SMT 組裝完成的 PCBA。MAX-M10S、天線座、ESD 與 0603 被動元件都已貼好。

排針是收到板子後自己焊的。這裡有一個小教訓：OSP 焊盤對 SMT 沒影響，但手焊排針時比較不容易上錫。所以之後需要手焊零件的板子，我改選無鉛噴錫（HASL）。

八、到貨實測：先收不到衛星，再一步步找原因

測試用 Raspberry Pi Pico 2 W 當主控，UART1 以 9600 baud 接模組，PPS 接 GPIO 中斷，Pico 的 USB 序列埠輸出狀態。韌體會轉發 NMEA，並用 UBX 指令讀取模組資訊（MON-VER、MON-RF、NAV-STATUS 等），這部分程式也是 CC 寫的。

1. 通訊正常

   NMEA 句子持續輸入，沒有校驗錯誤，UBX 查詢也能正確讀到模組型號與韌體版本。

2. 收不到衛星

   一開始可見衛星一直是 0。CC 加了 UBX-MON-RF 查詢，觀察天線接上與拔掉時 AGC 的變化：拔掉天線 AGC 會改變，插回又恢復。這代表 J1 到 RF_IN 的路徑是通的，不是開路或短路。CC 同時重新審查了 layout，RF 走線、D1 方向與接地都沒有問題。

   最後原因很單純：我手邊那支天線上標示需要 2.7–5 V 供電，是主動天線。這塊板依設計不提供天線電源，天線內的 LNA 沒有上電，當然收不到。中途我還誤拿了一支電視天線來測，那段數據也只能作廢。

3. 換真正的被動 GNSS 天線

   上電後很快就追到第一顆 GPS 衛星。測試地點在窗邊，可見天空有限，等了一段時間後取得 3D 定位，PPS 也穩定以 1 Hz 輸出，PPS LED 跟著閃爍。

圖 8：換上被動天線後，第一次取得 3D 定位時由 Pico 2 W 讀到的 NMEA 原始輸出（節錄 RMC、GGA、GSA 三句，未經改寫）。RMC 狀態為 A（定位有效），GGA 定位品質為 1、使用 4 顆衛星，GSA 模式為 3（3D 定位）。時間、日期、座標、高度、精度因子與校驗碼已遮蔽。

定位時間的部分，我們在韌體中加入了 A-GNSS 輔助：定位後把模組的星曆資料庫（UBX-MGA-DBD）與最後位置存進 Pico 的快閃記憶體，模組重新上電時再回灌。和沒有回灌的冷啟動相比，首次定位時間大約快了 8 倍。這只是在窗邊弱訊號環境下的少量樣本，當作方向性的參考，不是規格值。

九、經驗與限制

這塊板下一版會改的地方

• 有兩條 I²C／SAFEBOOT_N 走線和兩個過孔位在模組正下方的頂層，Integration Manual 建議模組下方淨空，下一版會移開。
• MHF I 天線座封裝的接地焊盤比原廠圖面偏了約 0.1 mm，雖然這次貼裝與實測都沒有影響，下一版仍會修正。
• 若需要更快的冷啟動，可以考慮加回備援電源，改用可組裝的方案或接受手焊。

結語

這塊 25 × 36.5 mm 的小板，從 9 月初的 Rev A、三個版本、送廠到 10 月中實測定位，前後大約五週。這次的 Agent 並不是按一個鍵就畫出整塊板子。它比較像一個手很快、會寫腳本，但做完的東西需要被檢查的工程助手。我花最多心思的地方，反而是讓它的每一步都留下證據、讓另一個 Agent 和我能檢查。

JLCPCB 在這次專案中負責四層板製造與 SMT 組裝。對我來說最有幫助的是生產稿確認與貼裝確認這兩個環節，能在投產前看到工廠實際要做的東西，並和工程師直接溝通細節。

圖 9：JLCPCB 外箱前的 MAX-M10S 驗證板，左為裸板，右為 PCBA。

這塊板的 KiCad 原始檔、製造檔、Agent 協作規範與相關 Skills 都整理在 pcb-agent-workflow，有興趣用 AI Agent 輔助 PCB 設計的讀者可以參考。如果想把自己的設計做出來，也可以透過 JLCPCB 下單打樣。