Думаю, 4-х слойную печатку делать - излишество и дороже. Не такая уж сложная там разводка, чтобы на двух слоях не уместиться.
На очень скорую руку по той же схеме.
схема:
расположение элементов на плате, общий принцип:
нужно разделить области - аналоговые компоненты, цифровые компоненты, питание
От источника опорного напряжения вообще не стоит ничего запитывать. От него только подать опорное на вход Vref микроконтроллера. Да и то, не сказать чтоб шибко обязательно.. Я не думаю, что много помех придет по VDDA. Можно вначале попробовать так, как подключено на отладочной плате СТМ746.
Инвертирующий буфер запитать от VDDA. Аналоговый мультиплексор и первый операционник запитать от двуполярного VDDA2/VEE/AGND. Хотя, тоже вопрос - а действительно ли нужны напряжения ±15 В? может можно обойтись и меньшими? хотябы ±5 В может? Или какой там сигнал на входе то?
Между первым и вторым операционниками надо предусмотреть хотябы какой-то резистор при несостыковке входных и выходных размахов. А еще лучше, вообще поделить сигнал так, чтобы не было превышений.
Я ж говорю, если входной сигнал двуполярный и большой, то лучше было бы поставить внешний АЦП с двуполярным питанием в одном корпусе и забыть вообще о проблемах разных питаний.