Wie lang sind denn die Impulse und die Pausen des PWM-Ausgangs? Deine Angabe über "kommende" Impulse kann ich nicht so recht in einen fachlich sinnvollen Kontext einordnen
Wenn die Frequenz zu hoch für eine digitale Auswertung (eine Flanke löst Interrupt aus, Timer starten, warten auf nächste Flanke, Timer auslesen, ggf auch beides per Interrupt) sind, würde ich einen RC-Tiefpass dahinter setzen und mit dem ADC die Spannung messen, geht natürlich etwas auf die Genauigkeit.