Vielleicht geht auch die Messung auf der Zeit-Achse, also messen, wie lange ein vorgegebener Stromanstieg braucht. Zeitmessungen sind mit der CapCom-Einheit des AVR ja sehr genau machbar, bis auf ca 100ns je nach MCU-Takt.
Fraglich ist dann nur, wo/wie man den unteren und oberen Schwellstrom einstellt. Den oberen könnte man zB in den AC füttern und den mit dem CapCom verdrahten. Für den unteren über einen externen Komparator an einen PCINT oder XINT. Entscheidend wird dann aber die Geschwindigkeit, mit der man es schafft, den Timer zu starten. (IRQ-Latenz, Programm-Effizienz, etc).