스핀 토크 발진기(STO) 자화 세차 운동 & 1,000Hz 0-Alloc C# 마이크로파 뉴로모픽 동기화 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Spintronics
{
    /// <summary>
    /// STO 뉴로모픽 동기화 텔레메트리 구조체 (16-byte 스택 전용)
    /// </summary>
    public readonly ref struct StoNeuromorphicState
    {
        public readonly float OscillationFreqGhz; // 발진 중심 주파수 (GHz)
        public readonly float PhaseErrorRad;      // 동기화 목표 대비 위상 오차 (rad)
        public readonly float SyncConfidence;     // 위상 잠금 신뢰도 (0.0~1.0)
        public readonly float BiasCurrentMilliAmp;// 1ms 보정 바이어스 전류 (mA)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public StoNeuromorphicState(float freq, float phaseErr, float conf, float current)
        {
            OscillationFreqGhz = freq;
            PhaseErrorRad = phaseErr;
            SyncConfidence = conf;
            BiasCurrentMilliAmp = current;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz Zero-Allocation 스핀 토크 발진기(STO) 동기화 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct StoSyncServoEngine
    {
        private readonly float _targetFreqGhz;       // 목표 공진 주파수 (e.g. 5.0 GHz)
        private readonly float _tuningRateGhzPerMa;  // 전류-주파수 튜닝 계수 (GHz/mA)
        private float _currentBiasMa;                // 현재 인가 직류 바이어스 전류
        private float _filteredPhaseError;           // 평활화된 위상 오차

        private const float MaxBiasCurrentLimit = 3.5f; // 소자 소손 방지 최대 전류 (mA)
        private const float MinBiasCurrentLimit = 0.8f; // 세차 운동 유지 최소 발진 전류 (mA)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public StoSyncServoEngine(float targetFreq, float tuningRate, float initialBiasMa)
        {
            _targetFreqGhz = targetFreq;
            _tuningRateGhzPerMa = tuningRate;
            _currentBiasMa = initialBiasMa;
            _filteredPhaseError = 0.0f;
        }

        /// <summary>
        /// 1ms 주기(1,000Hz) RF 믹서 출력 위상차 계측치 기반 쿠라모토 동기화 제어 (0-Alloc)
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public StoNeuromorphicState Update1Khz(float measuredFreqGhz, float rawPhaseDiffRad, float dtSeconds)
        {
            // 1) 위상차 저역통과 필터링 (RF 위상 지터 감쇄)
            _filteredPhaseError += (rawPhaseDiffRad - _filteredPhaseError) * 0.4f;

            // 2) 주파수 오차 및 위상 오차를 결합한 이중 피드백 보정 전류 산출
            float freqError = _targetFreqGhz - measuredFreqGhz;
            float currentCorrectionMa = (freqError / _tuningRateGhzPerMa) * 0.25f - (_filteredPhaseError * 0.05f);

            // 3) 바이어스 전류 갱신 및 안전 범위 클램핑
            _currentBiasMa += currentCorrectionMa;
            _currentBiasMa = Math.Clamp(_currentBiasMa, MinBiasCurrentLimit, MaxBiasCurrentLimit);

            // 4) 위상 잠금 신뢰도 판정 (|DeltaTheta| < 0.1 rad 일 때 1.0에 수렴)
            float confidence = Math.Clamp(1.0f - (MathF.Abs(_filteredPhaseError) / 1.5f), 0.0f, 1.0f);

            return new StoNeuromorphicState(measuredFreqGhz, _filteredPhaseError, confidence, _currentBiasMa);
        }
    }
}