Como dice pjc50, el máximo típico es de alrededor de 1 MSPS. Pero hay algunos MCU que van un poco más arriba:
Serie STM32F302: 2 ADC con un máximo de 5.14 MSPS @ 12 bits (cada uno) / 9 MSPS @ 6 bits. Y parece tener un modo de intercalación entre los dos ADC para tener un MSPS más alto. enlace
NXP LPC4370 alcanza 80 MSPS a 12 bits: enlace
Parece que NXP tenía un ADC de alta velocidad, así que visita el sitio de NXP para encontrar otros MCU. También revise las hojas de datos, soy más digital que analógico EE.
Editar: estas son raras, pero otras respuestas las han encontrado. Dejo los párrafos que describen las posibles razones para elegir la solución de dos chips que no sea la disponibilidad.
En 20MSPS, el diseño de la placa analógica se vuelve más problemático de lo habitual. No desea que se filtre ruido transitorio del procesador a la señal que está muestreando a través de los rieles de alimentación y tierra. Es ventajoso tenerlos en paquetes separados.
Necesita un procesador sustancial de alta velocidad para manejar los datos y más RAM externa para poner los resultados. Entonces, la solución habitual aquí es un chip DSP de alta velocidad con un ADC externo.
La nueva PIC32MZ family de los microcontroladores tienen un 28 Msps ADC.
Lea otras preguntas en las etiquetas microcontroller adc