Pomijając pasmo przetwornika, to sama Atmega8 może pracować nie z większą częstotliwością jak 16MHz. Z tego co pamiętam częstotliwość pracy przetwornika to w polotach 800kHz (ok 20 cykli zegara na konwersję i odczyt przy optymalnie napisanym kodzie i odpowiednich parametrach - im dokładniej tym wolniej). Dodatkowo aby sygnał był w ogóle jako tako zbierany jego częstotliwość nie może być większa niż połowa częstotliwości próbkowania, czyli max sygnału to 400kHz. Tu dochodzi jeszcze zapewne obróbka, zbieranie i wysyłanie danych co rodzi kolejne spowolnienie, a jeśli sygnał ma być dosyć ładnie widoczny to jego częstotliwość nie powinna przekraczać 10kHz. Aby zwiększyć częstotliwość możesz najpierw robić powiedźmy 500 pomiarów (próbek) z maksymalną wydajnością i później wszystkie 500 dopiero wysyłasz na komputer.
Ale sam pomysł fajny

ogólnie to też się zbieram na zrobienie czegoś podobnego ale na ATMEGA16 i z komunikacją po RS232.