Из Ваших сообщений совершенно не ясно, что Вы собираетесь делать с амплитудным спектром. От этого зависит метод, которым можно и нужно решать поставленную задачу.
Первый главный вопрос - критично ли наличие большой дифференциальной нелинейности.
Если критично, то тогда либо применение схемы Вилкинсона: пиковый детектор и разряд стабильным током со счетом времени кварцевым генератором. Или обычным АЦП после пикового детектора, но тогда со "статистическим разравниванием", что технически более сложно.
Если дифференциальная нелинейность не критична, то пиковый детектор + любой подходящий АЦП.
Возьмите любой учебник по "Ядерной электронике" и прочитайте, прежде чем начнете выбирать схемы, обсуждать и т.д. Их таких море, а вопрос амплитудного или временного анализа основной вопрос в этой науке. По прочтении учебника посмотрите журнал "Приборы и техника эксперимента" - не самые последние. На присоединенном рисунке - пиковый детектор. Погрешность (грубо) равна Uд/Kус и может быть много меньше Ваших 10 мВ. Ваше разрешение (10 бит) это ну очень скромное, если не сказать больше.
Логика работы ясна: амплитудный дискриминатор во время импульса замыкает Кл1, размыкает Кл2. Во время появления входного импульса Кл3 размыкается и замыкается только после окончания измерения АЦП.
Эскизы прикрепленных изображений