초전도 SQUID 지자기 이상 탐지 & 1,000Hz 0-Alloc C# 조셉슨 접합 자속 양자화 자력계 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Education.StemQuantum.SquidMagnetometer
{
    public readonly record struct RawSquidVoltageSample(
        float SQUIDVoltageMicroVolts, // SQUID 전압 신호
        float AmbientTempKelvin,
        float BiasCurrentMicroAmps
    );

    public ref struct FllMagnetometerTelemetry
    {
        public float EstimatedMagneticFluxPhi0; // 자속 단위 (Phi_0)
        public float MagneticFieldPicoTesla;    // 측정 자기장 (pT)
        public float FeedbackCurrentMicroAmps;
        public bool LoopLocked;
    }

    public static class SquidFllProcessorCore
    {
        private const float Phi0TeslaM2 = 2.067833848e-15f; // Wb
        private const float LoopAreaM2 = 1.0e-4f;           // 1 cm^2 픽업 코일
        private const float TargetVsetMicroVolts = 15.0f;
        private const float IntegratorGain = 2.5e3f;
        private const float MutualInductanceMfb = 12.0e-12f; // H

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void UpdateFllStep(
            in RawSquidVoltageSample sample,
            ref float integratedFeedbackAmps, // 스택 관리 적분 상태
            float dtSec,
            ref FllMagnetometerTelemetry telemetry)
        {
            // 1. 오차 전압 계산 (동작점 Vset 대비 오차)
            float vError = sample.SQUIDVoltageMicroVolts - TargetVsetMicroVolts;

            // 2. FLL 적분기 갱신 (0-Alloc 스택 연산)
            integratedFeedbackAmps += IntegratorGain * (vError * 1e-6f) * dtSec;

            // 3. 상호 인덕턴스를 통한 유입 자속 계산: Phi = M_fb * I_fb
            float measuredFluxWb = MutualInductanceMfb * integratedFeedbackAmps;
            float fluxInPhi0 = measuredFluxWb / Phi0TeslaM2;

            telemetry.EstimatedMagneticFluxPhi0 = fluxInPhi0;
            telemetry.FeedbackCurrentMicroAmps = integratedFeedbackAmps * 1e6f;

            // 4. 자기장 세기 B = Phi / A 변환 (pT 단위)
            float bFieldTesla = measuredFluxWb / LoopAreaM2;
            telemetry.MagneticFieldPicoTesla = bFieldTesla * 1e12f;
            telemetry.LoopLocked = MathF.Abs(vError) < 2.0f; // 오차 2 uV 이내 락온 판정
        }
    }
}