С некоторой небольшой потерей качества.
И проще как раз не заменять фильтром, а просто суммировать, если не требуется постоянное плавное обновление отсчетов. Всё равно нужна сравнимая разрядность суммы.

Ребят. Я в научных терминах не силён. Но предложенный мной алгоритм - усредняет.
Код примерно следующий:

На рисунке - красным идеальная фаза, синим - снятая датчиком, зелёным - отфильтрованная окном с длиной 16.

Просто кошмар!
Во-первых, на многих микроконтроллерах int 16-битный, поэтому алгоритм будет как-то работать, только если число точек в окне не превышает порядка 150. Кстати, такого буфера окна автор вопроса хотел избежать.

Во-вторых, F - это кумулятивная сумма от среднего, но не само среднее. Зачем она вам вобще нужна?

В-третьих, любому программисту известно, что "стекание" будет работать только при превышении модулем S величины 65535.

В-четвертых, "переполнение" S может наблюдаться только в том случае, если каким-то образом поработает немного "стекание", а иначе оно возникнуть не может.

Прикол в том, что результат GetPhaseDiff() уже можно фильтровать любым фильтром.
Собственно GetPhaseDiff() и есть ответ на вопрос заданный вначале темы.
В данном случае B отлично отфильтрован 16 точечным скользящим окном.
Переменная S может быть любой разрядности, было бы желание.

Я таких умных словей как "кумулятивная сумма от среднего" не знаю.
Если окно не нужно - его можно не использовать. Тупо складывайте значения B и делите на их количество - узнаете среднее изменение фазы за всё время наблюдения.

Обычно S у меня с фиксированной точкой как и В. Например 16.16.

В реальной жизни чего только не бывает, при реализации алгоритмов ЦОС на конкретном железе.
Приведённый код - показывает идею, и как использовать результат GetPhaseDiff().

В коде написано int. Арифметика - целочисленная. Где вы там вообразили запятую - значения не имеет.



На работающем - не бывает.
На неработающем - лучше не работать, всё равно хорошо не получится.

Осредните сперва компоненты сигнального вектора по отдельности, а потом уж находите его фазу.
Способ "осреднения" можно выбрать, исходя из статистических характеристик сигнала и требуемой СКО погрешности оценки фазы.
Осреднение значения фазового угла после его вычисления, в общем случае, будет давать оценку, далекую от оптимальной в смысле СКО на заданной выборке.