Весь этот сыр-бор на две страницы из-за невнимательного чтения документации.
В случая ATmega8515 аналоговое питание не подаётся ибо его там нет.
В случае же с ATmega8 и ATmega128 в документации на обе чётко сказано:
1. в разделе по программированию есть вполне понятный рисунок, на котором AVcc изображено и ниже следует
Цитата
VCC - 0.3 < AVCC < VCC + 0.3, however, AVCC should always be within 2.7 - 5.5V.
2. в Table 103. ADC Characteristics и примечаниях к ней (мелкими буквами)
Цитата
2. Minimum for AVCC is 2.7V.
3. Maximum for AVCC is 5.5V.
Все разговоры типа "А я делал и у меня получалось" более чем несерьёзны. Результат мы здесь наблюдаем.