Hi,
du könntest natürlich 20mV als externe Referenzspannung an den Atmega anlegen, das ist allerdings nicht sehr empfehlenswert. Denn wenn du einen zweiten ADC-Kanal verwenden willst musst du auch mit dieser Referenz arbeiten, außer du schaltest sie zwischen den Wandlungen um. Ich würde dir eine Verstärkerschaltung empfehlen die dir deine 20mV auf 5V verstärkt.
mfg franz