Por que el A/D no es diferencial, sino single ended
si queres medir 200mV respecto a 0V entonces o pones Vref- a 0V y bajas lo mas posible Vref+ ( a pesar que pierdas un buen rango )
o te conseguis un A/D diferencial ( no se si llegara al rango ese de voltaje pero lo mas seguro que si se pueda, obviamente un ADC externo )
o aumentas la tension de entrada si podes ( amplificado con AO (no inversor, diferencial de instrumentacion,etc) o podes aumentar la tension de entrada ). Asi tu realacion quedaria multiplicada por la ganancia del AO.
o usas un conversor tension-frecuencia ajustado a 200mV, para simular lo mas posible al doble rampa de los voltimetros. Y podes simular lo que ocurre cuando se excede los 200mV de los voltimetros.
o Utilizar un micro con una VDD menor
Es lo unico que se me ocurre
Me explico:
Tu caso al ser single ended, lo que estas haciendo es poner AGND a 2.7V por lo tanto nunca va a existir una corriente que entre y cargue el capacitor del AD por que tenes como maximo 700mv de entrada. A no ser que puedas poner el comun de lo que vas a medir a 2.7V pero lo mas seguro es que traiga problemas.