Можно использовать АЦП типа PulSAR от ADI. Они точные (16бит), быстродействующие (100ksps...1Msps), малогабаритные (8выв), есть с дифференциальнеым входом и дифференциальной опорой. Вот только расположить нужно будет рядом с датчиком всю измерительную схему, включая МК. Услиливать нет смысла - сразу в цифру.