Auf ner Platine wär der besser aufgehoben Bild  
Wie wärs statt des AVR einen ARM7 zu nehmen? Die haben meist schnelle AD-Wandler, es sind 32-bit Prozessoren, es gibt kostenlose Entwicklungswerkzeuge und du hast kein Problem damit, denn der ist nicht unterdimensioniert. Sind auch relativ billig zu haben. Co-Prozessor kannst Du dir somit sparen.