Das muesste mit einem Zero-Crosser gehen, ohne grosses Digital-Geroedel. Aber mal eine ganz andere Idee. Vermutlich darfst Du zum System nichts sagen, daher ein wenig ins blaue hinein in der Annahme dass es was resonantes ist:
Wie waere es, eine PLL laufen zu lassen welche den Phasenunterschied im Ruhezustand des Systems auf Null bringt indem sie automatisch die Frequenz aendert? Das waere schaltungstechnisch simpel. Nun ist das System initialisiert. Jetzt passiert irgendwas beabsichtigtes und das System will die Phase verschieben. Die PLL zieht nun nach um den Phasenunterschied wieder auf Null zu bringen. Das veraendert die Frequenz die damit Dein Messignal wuerde. Die kann man direkt in einen uC geben und ueber dessen Timer messen, braucht man gar keinen ADC.