Любой длинный проводник должен работать на нагрузку примерно равную
его волновому сопротивлению, грубо десятки-сотни ом. У выхода ИМС
сопротивление порядка десятков ом, у входа CMOS-микросхем стремится
к бесконечности. При отсутствии сопротивления или ёмкости
напряжения могут быть какими попало, очевидно же, могут
образовываться стоячие волны (из-за отражения от противоположного
конца) с большими амплитудами. Даже если у тебя дифф. пара, витая
пара, коаксиал, он не идеален, где-то наводится, а отсутствие нагрузки вызывает постоянное блуждание волны туда-сюда и на частотах кратных длине волны (не твой случай, если у тебя сантиметры) ты в осциллоографе можешь видеть узлы с пиками напряжения. У тебя наводятся токи вызванные индуктивной связью параллельных проводников и ввиду отсутствия ёмкости или сопротивления получаются напряжения какие попало. Ещё гипотеза -- ты землю осциллографа, как многи любят, подключаешь где-то не там (потому, что где-то не там конденсатор и где-то по земле бегают значительные токи). Может и вовсе наводится только на "земляную петлю" осциллографа, а в реальности ничего нет. Во всяком подозрительном случае попробуй повторить измерения минимизировав земляную петлю (т.е. подключаться прямо к конденсатору на МК и его выводу, а не искать землю где-то в районе блока питания).