Allerdings kann du den ADC eines Atmega mit bis zu 200 kHz betreiben. Damit kannst du den 50 Hz Sinus 4000-fach Überabtasten.
Wenn ich mich nicht verrechnet habe kommst du damit auf 16bit Auflösung statt 10bit Auflösung.
https://en.wikipedia.org/wiki/Oversampling

Ansonsten kannst du natürlich immernoch einen externen ADC mit z.B. 24bit Auflösung oder mehr einsetzen.

PS. Je nachdem welche größe der Spannung dich interessiert könntest du .z.B auch einen Messgleichrichter o.ä. verwenden.