Der ADC-Eingang ist teilweise recht niederohmig mit 10kOhm. Zumindest bei AVR. Bei ARM oder 8051 sieht's wohl ähnlich aus. Oder welchen Atmel µC meinst du?

Bei 10kOhm sind 3kOhm am Teiler schon gut zu merken. Hast du die Spannung am Teiler mal mit einem hochohmigen V-Meter gemessen? Mit und ohne Belastung durch den ADC-Eingang?