1、原理圖
1.1、wifi和運動傳感器
原理圖設計參考了XD通訊的開發板和Qi的樣品板，在WIFI和運動傳感器方面，選擇了XD開發板的ESP8266EX的wifi芯片，只需要上位機芯片的一個UART口就可以工作，也可以獨立工作，不過要搭配一個flash芯片；運動傳感器自選型號MPU6050，IIC接口的三軸運動傳感器，用來監測車輛的運動狀態。
1.2、電源
電源方面主要考慮到電動車的電瓶具有比較高的電壓變化範圍，國標主要是48V和36V電池，但是48V電池充滿電也有54V電壓，耗盡之後電壓一般在36V左右；36V電池比較好說，考慮一下放電之後電壓24V，一般芯片的輸入下限都可以做到20V一下；還有一個主要的問題，現存的電動車電池很大一部分不是新國標的，那麼它的電壓很可能超過72V，60V的電池充滿電就是72V，這麼來看，80V的電瓶充滿電就會超過90V電壓，所以，輸入電源轉換的芯片耐壓範圍起碼要90V以上，這一點從市面上現存的GPS定位器輸入電壓也可以看出來，基本都是90V以上，高的號稱輸入電壓可以達到120V。
綜上所述，這裏的穩壓芯片主要考慮寬壓輸入範圍，同時寬壓主要瓶頸在高壓上限，一般也要在90V以上，另外就是供電電流了，這次選擇的芯片是MPS的EV9486A開關電源芯片，這個芯片的標稱輸入電壓4.5-100V，輸出電流上限是3.5A，開關頻率1MHz，170uA的靜態電流，典型輸出是5V和12V。轉換效率的話，因爲從比較高的電壓到5V，壓差比較大，效率肯定沒有那麼理想，一般在5V100mA電流輸出的時候60V輸入的轉換效率在73%左右，36V的輸入轉換效率在78%左右；輸出電流在5V1A的時候，轉換效率可以到80%，高低溫、封裝、各項參數來看，可以滿足我們的電源需求。因爲是第一次做這個板子，電源這裏沒有選擇國產芯片，雖然很多國產芯片已經被反覆驗證了，電壓輸入範圍也很高，但是穩妥起見，儘量先選擇MPS的芯片穩一波。
除了總電源的轉換芯片之外，我們還需要配置一個鋰電池充電監測IC，這裏有個疑問，其實MT2503是可以自帶了電源監測和充電管理功能的，但是在XD的開發板上他們還是自己加了一個充電IC，這麼做的話個人猜測有兩種可能：第一是方便，因爲充電IC的電流限制、充電保護都是集成好的，不需要過多配置，電源接過去，配置好下拉電阻就可以限制充電電流，保護功能自動開啓，沒啥好說的，真的方便；第二可能是因爲他們用過MT2503的充電功能，實測效果可能並不理想，或者配置起來羅裏吧嗦，讓人無語，另外硬件設計上還要給他接進去好幾個引腳，麻煩的很（BGA封裝，可能還要多打盲孔），總之就是無力吐槽，還不如直接上獨立IC。其實可能還有一種原因，就是他們懶得試MT2503這裏的功能，一個小IC解決的事情，幹嘛那麼麻煩？（這個原因可能性不大，畢竟他們做了那麼久，這些功能應該早就試過了）總之，這個鋰電池監測IC是保留了，LTC4054-4.2，這裏配置的充電電流是恆流400mA。反正有電動車電池給他充電，不用着急，慢慢衝吧。
另外，ESP8266EX的電源需要單獨3.3V供電，所以給他單獨配置了一個LDO，型號是SPX3815M5；MT2503的GPS部分也需要單獨供電3.3V，給它配置了一個LDO，型號是RT9193，至於爲啥用兩個不一樣的3.3V電源IC，主要原因是參考原理圖推薦的就是這樣；次要原因是，第一次做這個板子，最好兩個芯片都買，互爲備用，以防萬一。
1.3、射頻
射頻這裏主要包括四個方面：GSM/GPRS、BT、WIFI、GPS，這四個射頻中主要是GSM/GPRS和GPS比較不好搞，因爲要加功放，GPS還要加各種濾波，匹配電路是所有射頻必須要求的。GSM/GPRS的射頻方面原來的功放芯片已經停產了，XD的李工推薦了RDA6625E芯片，是國產芯片，推出很久了，市場反饋也是不錯的。GPS方面，參照XD的開發板，接收天線上用兩級放大，效果應該可以保證，不過他原來用的陶瓷天線太大了25x25mm的，換成稍微小一點的18x18mm，信號有一定損失，但是空間上有一定餘量（GPS額外預留了外接天線的IPEX座，不行就外接）。BT的天線採用的貼片的多層陶瓷天線，增益比較小，WIFI和GSM/GPRS也都預留了IPEX1代的接口，可以外接天線。天線走線都要做單端50歐姆的阻抗匹配，還有做淨空等等，這些不細說。
1.4、開關電路
這裏的開關不是電路板上的按鈕，當然，設計的時候保留了XD開發板的開機和關機按鈕，但是這裏的開關主要是電路板控制電動車的電門開關。因爲是1.8V控制100V，所以電路設計上要花點功夫，用來一個大功率的P溝道mosfet，CMD5952，這個型號是在Qi的樣品板上看到的，費了好大功夫才找到廠家，一頓惡補mosfet的知識，主要是Vgs、Vds，還有Rds(on)、Vgs(th)以及一些電流限制。用三極管控制CMD5952的柵極，然後用另一個小功率的mosfet控制三極管的導通，這裏主要是考慮電動車剛上電的時候，必須保證電門是不通的，只有電路板有指令纔可以動作，不能上電瞬間有導通現象。另外，爲了保護CMD5952的柵極，還增加了一個穩壓管。
除了單純的控制開關之外，還需要增加電壓檢測的功能，原因是電路板需要知道電動車的電瓶還有沒有電，同時也要知道電門到底開了沒有。所有這裏需要兩個ADC引腳來分辨檢測電池電壓和電門電壓。因爲MT2503的ADC只有一個閒置可用的，而且檢測範圍有限，所以加了分壓電路，程序上需要做比例換算。對於電門那裏，只能犧牲原來電路的充電檢測ADC，挪到電門電壓檢測部分。
1.5、報警器和電機鎖
這兩個功能類似於預留功能，不一定全部可以用上，但是預留出來，它的使用是有條件的；這裏的報警器是對外控制引腳，GPIO控制三極管是否與地導通，導通的時候，對外輸出是低電平，不導通就是懸空。所以，要求報警器的控制是低電平有效。電機鎖是檢測引腳，加了一個穩壓管，可以讓GPIO檢測到外界電壓高低，來判斷電機鎖的開關。
1.6、對外接口
對外接口的話，考慮到TBOX對外接線有低壓信號和高壓電源，所以高低壓分開，4pin的電源和電門信號；8pin的低壓信號，電流都沒多少，1A就足夠了，因爲本身電流就沒多少，連接器可以到3A電流，耐壓200V以上。另外USB調試接口、3.7V鋰電池接口都要安排上。其餘的就是測試點和天線接口了。
1.7、晶振
晶振很關鍵，也很重要，XD的板子原理圖很多標註並沒有更新，可能他們要求並不高，只是在bom上寫了準確的型號，很多型號跟原理圖對不上。關鍵的就是晶振這裏，GPS的晶振原理圖封裝引腳定義都是錯的，不過PCB沒有錯。可能他自己清楚只是懶得去改了吧。不過多虧自己發現了，不然真的是神坑啊。板子一共用到三個晶振，準確來說是兩個晶體和一個溫度補償的TCXO。讓人很奇怪的是，MT2503的XTAL1和XTAL2晶體輸入引腳居然沒有加上匹配電容，一開始以爲XD的原理圖錯誤了，查找了多個官方原理圖，居然也沒有，在手冊上找了半天也沒見到有什麼說明，真的很奇怪，只能認爲它內置了電容（莫名其妙呀，不同廠家的晶體推薦的電容容值並不相同，即使是相同的頻率）。TCXO是用在MT2503的GPS部分，另一個晶體是用在ESP8266EX上，也是26MHz，但是型號跟MT2503的不同，原因跟電源一樣。
1.8、原理圖設計總結
1、切記原理圖設計不能大意，認真仔細檢查每個網絡標號是否有錯誤，是不是改了一端另一端沒有改；
2、原理圖設計一定要仔細查看芯片手冊，反覆檢查各種指標，關鍵指標最好備註到原理圖上；
3、原理圖的器件封裝如果不是自己畫的，一定要對照手冊去檢查，千萬別出錯了；
4、ad的網絡標號是多張原理圖通用的，也就是說同一個工程中在第一個原理圖的網絡標號可以連接到第二個原理圖的同樣網絡標號裏，這個需要設置ad；
5、ad有很多操作技巧，要多百度，多學習，提高工作效率。比如，bom的導出配置、標號的重新標註、封裝檢查等等；
6、做完原理圖設計一定要做DRC檢查，有錯誤要及時修改；
7、原理圖中的每一個器件，comment選項是器件的最終型號，describe選項是選擇器件的主要功能和參數描述，必須添加完全，然後導出bom；
8、原理圖中的每個器件的PCB封裝必須和PCB封裝庫中的型號對應，可以添加額外的封裝庫，不過儘量保證原理圖中所有的封裝都在一個庫裏；
9、從PDS導入的原理圖中的器件，參數中如果有器件路徑，儘量刪除，有可能會報錯，導致器件不能移動，AD16崩潰；
10、繪製原理圖的時候儘量做好分區，哪一部分是什麼作用，佈局和PCB走線需要注意什麼都要做好備註，一方面保證原理圖有比較好的可讀性，另一方面可以後期佈局也比較容易。
2、PCB設計
2.1、保證原理圖導入
PCB設計最重要的一點，首先保證器件的封裝是沒有任何問題的。這一點，即便封裝是網上下載的，也要對照手冊覈對尺寸；自己設計的封裝一定要格外小心，畫完了再次檢查尺寸，確保準確無誤。PCB封裝沒有問題，那麼原理圖上面配置的PCB封裝也要保證沒有問題，一定要反覆覈對，原理圖更換型號之後，要確認封裝是否修改，必須原理圖上面選擇器件的封裝跟當前器件選型的封裝是一致的。
2.2、PCB尺寸和外形
導入成功之後，需要確定電路板的外形，外形儘量設計倒角，先用機械1層畫出電路板外形，然後選中這些外形線（按住shift可以多選），重新定義電路板的外形。加上幾個螺絲孔，用焊盤添加，這要打印正反面安裝圖樣的時候比較好看，用過孔也可以，但是不好看。螺絲孔外邊要加上個keepout線，不能直接接地，原理圖設計上螺絲孔和電路板信號地要加電容電阻，做好隔離防護。如果有器件跑出當前視野，可以在原理圖中選中邊界外的器件然後依次按下T和S，回到PCB界面，依次按下I和L，再畫個框，器件就會回來。
2.3、電路板佈局
電路板佈局首先要根據功能分區，把電路板大概分成幾個大塊：高壓電源區域、核心器件區域、射頻器件區域、一般器件區域等等。然後把每個區域的元器件聚攏一下，大概聚攏成一堆一堆的，可以稍微嘗試擺放到預計的區域，參照原理圖，然後調整佈局，這時候可以修改一下分區，確保分區準確合理。射頻靠邊、開關電源遠離射頻器件、屏蔽罩內的器件擺放，屏蔽罩大概尺寸等等，按照一般理解，大概保證每個分區都可以容納器件，頂層不行就底層。射頻線需要包地，陶瓷天線預留鋪銅、它下面不能佈線，晶振佈局靠近芯片、它下面儘量不要放器件，USB插座需要靠邊開槽、電源芯片需要散熱盤、旁路電容就近擺放、射頻匹配電路靠近天線等等，有各種原則各種注意事項。大概分清楚位置之後，再各種精細擺放不同部分各自的位置，還要大概屢清楚不同部分之間相互的走線。ad本身帶有連線指示，大概讓線路短一些，直接一些，預留足夠的走線距離，線寬大概多少等等。當然這裏面是有優先順序的：射頻和電源是最優先的，然後是高頻信號，然後是一般信號。按照這個順序走下來，後面走線就方便多了，後期可以做一些微調，大的改動基本不用。
這裏還有一點需要注意，設計之初就要考慮好MARK點的位置，還有工藝邊是否添加、是否需要拼板等等。mark點和工藝邊的設計都需要按照規範設計，mark點距離板子邊緣大於5mm，正反面都放個小焊盤，直徑1mm，然後跟焊盤同圓心加上keepout圈圈，直徑3mm。mark點放上3對，其中兩對要關於中心對稱，儘量別放在對角線上（防呆），都放電路板的邊角里（注意滿足5mm條件），另外一對放在另一個邊角里（注意滿足5mm條件），對稱與否無關緊要。當前板子採用單板工藝邊設計，工藝邊在長邊加上，寬度5mm，加上V-cut線，做好標註，關於V-cut和標註都放到機械1層。
2.4、層疊設計
大概放好了位置之後，就要看看合不合理，射頻將來的走線有沒有問題，單端匹配參考哪裏？USB的差分匹配參考哪裏？如何設計層疊順序。一般情況下，當前電路板4層或者6層都可以，6層信號可能更好一些，但是4層更省成本，而且也基本滿足需求，所以，暫定爲4層板，層疊順序是top-inlayer1-inlayer2-gnd，內電層不規定地和電源，作爲內層信號層，除了走線之外，全部鋪地。inlayer1儘量保證地平面的完整性，尤其是射頻走線下方不可以破壞地平面的完整性，不然會引起阻抗變化，影響信號傳輸。這樣一來，射頻信號佈局到頂層，參考inlayer1層的地平面，做單端50歐姆阻抗匹配；USB的差分走線佈局到inlayer1層，參考上下兩層的地平面，做差分90歐姆阻抗匹配。
板厚設計參考嘉立創4層板設計，通過IS9000計算線寬和走線間距之後，就可以確定下來射頻和USB佈線的參數。具體可以跟制板廠溝通，如果沒有固定制板廠就按照常規設計，然後制板要求註明阻抗要求，讓板廠根據要求去調整線寬和間距。層疊設計的時候也要估算一下鋪銅的厚度，表層和內電層都要注意鋪銅的厚度，一般1OZ就可以。有特殊情況的，要好好計算鋪銅厚度、走線寬度和電流的關係。
2.5、走線
走線的話，每個人有不同的習慣。我個人一般先搞定電源，當然，佈局的時候就要考慮到射頻和電源不要互相交叉，每個部分儘量老老實實待在自己的地盤。電源走線要注意按照電流的順序，先經過那裏，再經過那裏，比如：先旁路濾波一下，然後出去等等，這個時候要參照原理圖和官方手冊，尤其是電源IC，一般情況下廠家會提供參考佈局，儘量按照參考佈局來進行佈線。要注意線寬和電流的關係。要預留走線寬度，寧可大一些不要小了，一般情況電流要預留50%的餘量。這時候可以稍微修改佈局，讓佈局更加合理，當然也要有所取捨。然後是射頻，射頻比較簡單，我不會給自己的射頻走線增加障礙物，一般都是直溜溜的到板子邊緣，偶爾拐個彎，需要注意的是，走線寬度要按照之前計算好的寬度，鋪銅的時候距離射頻走線至少保證1個線寬的距離，這個在ad裏可以增加禁止佈線區。另外爲了增加電路板的地平面良好的導通性，電路板上多打孔，連接多層地平面，在射頻走線旁邊也要多打孔，增加地平面導通性，做好屏蔽。需要說明的是，這裏的打孔不要有規律，要亂，這是爲了避免形成共振腔體，因爲它可能帶來輻射問題。一般孔的間距小於1/20波長，太密了沒有必要，還要增加成本，太遠了效果不夠好。
其他的走線，要注意inlayer1層要保證射頻線下面的地平面是完整的，不要去分割。還有鄰層走線儘量垂直，避免平行走線造成電容效應 。
2.6、滴淚
走線完成之後，要給pcb滴淚，爲了增加pcb走線跟焊盤之間連接的可靠性、降低線寬的變化速度，減少信號反射。當然對於高頻信號，因爲線寬是經過計算的，可以不滴淚。實際上，滴淚本身就是可選的，但是對於高速電路板，爲了減少不確定性，就不滴淚了。
2.7、鋪銅
鋪銅之前要先給射頻線、射頻連接器、天線位置添加禁止鋪銅區或者keepout線，開孔直接添加cutout區域，禁止鋪銅區僅僅對當前層其作用，keepout線會阻值所有層鋪銅，cutout區域也是一樣的。鋪銅的時候，可以設置好鋪銅規則，對於局部地區的小範圍鋪銅個，可以單獨添加rule，設置成全部覆蓋（注意規則的優先級）。對於大範圍的鋪銅一般會選擇對焊盤進行十字連接。射頻方面也要注意，鋪銅距離射頻走線的距離一般在20-35mil，這個距離通過添加禁止鋪銅區來實現，當然也可以通過計算軟件去計算。
本次設計對於鋪銅做了多次限制，在電源轉換部分取消鋪銅（四層都取消），降低開關電源對電路板的影響，加粗電源和地的走線，採用區域局部鋪銅的方法，儘量隔離電源部分。
3、bom導出
bom導出的步驟是在完成原理圖設計之後，一般原理圖完成之後，修改好器件選型和參數，drc檢查無誤，通過原理圖評審之後，可以進行bom導出的操作。導出的時候可以選擇導出的選項，一般quantity、comment、discribe、designator、footprint都是必選的，其他的可以自己調整，導出之後是一個csv表格。我們要校正其中的選型參數，一般需要合併同類型的器件，減少器件的種類，合併的原則是成本相差不大的情況下，選擇更高要求的器件，比如，精度1%和5%的同樣封裝和阻值的電阻，選擇1%的。合併之後修改一下選型，然後更新到原理圖中。一般來說，導出的bom中的器件型號應該是完整詳細的型號了，但是還要進行再次覈查，檢查器件選型是否有誤，沒有問題之後還要給器件添加生產廠家，如果是淘寶採購，需要添加淘寶連接、參數、圖片、店家名稱等信息。沒有問題之後，可以對器件進行歸類，大的分類包括：電容、電阻、電感、IC、晶振、連接器、二極管、三極管、濾波器等等，下面一級分類可以按照封裝分類，0201、0402、0603等等，也可以簡單進行歸類。這樣做主要是提高可讀性，讓人一目瞭然。完成bom之後，可以交給採購按照bom清單進行採購，有問題可以隨時溝通。
4、生產文件的導出
此處生產文件主要包括gerber文件、電路板外形圖、正方面安裝圖、座標文件、物料清單（bom稍微修改一下，去掉部分信息）、屏蔽罩尺寸圖、鋼網文件、制板說明。
1、電路板製作需要制板說明、gerber文件、電路板外形圖；
2、採購需要bom清單；
3、鋼網製作需要鋼網文件；
4、屏蔽罩製作需要屏蔽罩尺寸圖；
5、電路板電裝SMT需要正反面安裝圖、物料清單、座標文件、鋼網；
當然生產之前也要經過多次詢價、溝通工藝要求等等，包括bom物料的採購也要經過一些溝通，跟賣家溝通需求情況，對於不常用的器件或者採購週期長的海外器件，在不影響生產的情況下可以選擇替代器件。