Es gibt die Möglichkeit, Differnetial Channels zu nutzen und einen Gain von bis zu 200 einzuschalten. Allerdings verlierstt Du Genauigkeit dadurch.
Das größte Problem aber ist, Dein Signal von Noise zu befreien. Du musst unbedingt die Noise Canceling Techniques benutzen, die im Datenblett beschrieben sind und in einer Application Note, die es bei Atmel gibt (EMC Considerations oder so ähnlich...)
Je näher Du mit der Analogspannung an der µC kommst, desto schwieriger ist es. Deshalb wäre es eigentlich besser, einen OP zur Verstärkung zu benutzen.
Allerdings ist das in jedem Fall nicht leicht, wegen der besagten Störungen...
Gruß