речь идёт таком нестабильном сигнале, где фаза может скакать от периода к периоду, то вообще какой может быть разговор о частоте, фазе и периоде ??

И вообще, задача то какая ? Точно определить точку "зеро-кросс" или померить частоту-период-фазу? Если первое, то нужно интегрировать замеры в периоде, и по окончании оного высчитывать равенство интегралов по "верхней" (+) и "нижней" (-) частями сигнала и определять таким образом "виртуальный ноль". Если второе, то по одному периоду надёжно сделать невозможно, в частности, когда есть множественные экстремумы. Попробуйте поглядеть на сильно зашумлённый (ну скажем, нарисованный волнистой линией) синус в "узкое" окошко ,шириной в несколько градусов... Пока не увидите период целиком не пймёте, какую частоту видите - основной гармоники, или шумов и субгармоник. Тут нужно просчитывать и анализировать целуй массив данных, искаль все экстремумы, определять (по абсолютному значению) глобальные и локальные... и т.д. в общем проводить целый анализ. А что Вы хотели - выкинуть аппаратный фильтр и нечего не дать взамен?? Придётся делать его программный аналог :))
А иначе только можно гарантировать работоспособность на белее-менее чистом сигнале.