Du meinst also, ich soll die PWM so einstellen, dass der AC dauernd (im Takt der PWM) toggelt?! Und dieses Signal dann interpolieren, anhand des PWM-Wertes erhalte ich die Größenordnung / Offset des Signals.
Man müsste dann auch auf ein bestimmtes Taktverhältnis (z.B. 1:1) regeln, sonst verschenkt man Genauigkeit. Wenn Du es schon probiert hast und es nicht gut geht, dann glaube ich das mal so.

Also nochmal Bezug auf die Schaltung im Ursprungspost:
Soweit ich es jetzt verstehe wird die PWM einmal eingestellt (vor dem Start) und bleibt dann für den Flug konstant. Damit ist die Zeitkonstante für die PWM Glättung nicht besonders kritisch. Die Restwelligkeit sollte aber gering sein (deutlich unterhalb der Auflösung des ADC). Der Meßwert hingegen ist zeitkritisch, die Bandbreite muß aber vermutlich wegen Rauschen begrenzt werden.
Also folgender Vorschlag:
Auf den PWM Ausgang folgt ein Tiefpass mit entsprechend geringer Restwelligkeit. Um das Problem mit dem Kondensator in der Rückkopplung zu vermeiden kann man die geglättete PWM an den nicht invertierenden Eingang des OP legen. An den invertierenden Eingang dann über einen Widerstand den Sensor. Rückkopplung wie gehabt (Widerstand entsprechend der Gleichspannungsverstärkung, Kondensator entsprechend der Rauschunterdrückung, wird man probieren müssen). Bei allen Kondensatoren Folientypen wählen.
Momentan sehe ich die PWM Spannungspegel als kritischsten Punkt was die Genauigkeit betrifft. Die Pegel sollten nämlich mit hoher Genauigkeit der Referenzspannung des ADC folgen. Normalerweise einfach, man nimmt ein CMOS Gatter und versorgt es mit der Referenzspannung des ADC und die Sache passt. Ich weiß allerdings kein CMOS Gatter, das sich mit 1V Betriebsspannung begnügt. Man sollte vielleicht etwas mit Analogschaltern bauen (CD4016 fällt mir spontan ein, bestimmt gibt es heute bessere). Man bräuchte dann z.B. 3 Schalter, einen PWM zur Referenzspannung, einen PMW zu Masse und einen schaltet man als Inverter, damit man nur ein Pin des MC zum Ansteuern der Beiden braucht.