La serie AVR XMEGA-A puede muestrear varias señales en paralelo. Lea AVR1300 para más información. Según tengo entendido, puede muestrear 2 valores con solo 1 retraso de ciclo de reloj ADC, que no es simultáneo sino cercano.
Esto es, por lo que sé, lo mejor que puede obtener de la serie AVR.
Desde AVR1300:
"[...] Cada señal se propaga a través de la tubería, donde un bit se convierte en cada etapa. De esta manera, el ADC en el XMEGA A es capaz de muestrear una señal en cada ciclo de reloj del ADC, incluso si cada señal debe propagarse a través de todos etapas en la tubería antes de que el resultado esté listo en el registro de resultados. El tiempo de propagación para una sola conversión de señal a través de la tubería es de 7 ciclos de reloj ADC para conversiones de 12 bits y 5 ciclos para conversiones de 8 bits. la utilización completa del XMEGA A ADC proporciona un resultado por cada ciclo de reloj del ADC [...] "