Я сейчас играюсь вот с этой платкой:
http://www.st.com/internet/evalboard/product/250990.jspУ неё один 12 бит ADC, которого скорость выборки 1us. Динамический диапазон ~58 dB. Может быть удасться повысить точность за счёт высокой скорости выборок. Есть ещё вариант динамического изменения усиления. Например, завести на разные каналы сигнал с разным усилением. Если не получится со встроеннным ADC, то легко можно подклеить внешний ADC.
Я специально искал ARM. С этим процессором я раньше уже работал и могу с уверенностью сказать, что это один из самых лучших, если не лучший, процессор в своём классе. Потребляет очень мало, что критично для батарейного питания, а разогнать его можно до 32 mHz. Стоит копейки. Например, эту платку я купил за $9.89. На неё уже всё есть для отладки софта. Запустилась с полпинка. Скачал IAR и сразу мог трассировать демо-программку.
Никаких ОС пока использовать не планирую. Забью программу на чистый процессор. Может быть, потом возьму RTOS, но пока мне ничего не надо.