Hay varios factores aquí.
Primero, la impedancia de entrada del ADC. El ATmega328P utiliza un ADC de aproximación sucesiva . Como tal, la entrada es básicamente la entrada a un comparador, por lo que el ADC tiene una impedancia de entrada muy alta.
Se especifica que el ADC tiene una impedancia de entrada de 100 MΩ (es decir, MegaOhm).
Sin embargo, esto me parece algo sospechoso. Junto con el hecho de que no hay una fuga de entrada analógica especificada, supongo que se trata de las características eléctricas de solo el ADC, en lugar del ADC junto con toda la estructura del pin IO. Supongo que las líneas ADC IO que se comparten con IO digital tienen mucha más corriente de fuga (1 uA de los documentos) que las líneas IO que son solo analógicas (50 nA, suponiendo que el comparador SAR es similar al comparador analógico topología de entrada).
Sin embargo, hay otra consideración aquí, que es la razón por la que Atmel especifica la impedancia de fuente de <10 KΩ:
capacitancia de entrada
Básicamente, las conexiones de entrada al ADC dentro del chip, después de que el multiplexor tenga cierta capacitancia. Si observa el circuito equivalente para la entrada ATmega ADC:
Puedes ver cómo se ve la entrada.
El problema con las altas impedancias de fuente surge cuando se cambia el multiplexor de entrada de un pin a otro. Si tiene dos entradas, una a 0.5V y otra a 4.5V, cuando cambia de una a otra, la entrada tiene que cargar (o descargar) ese capacitor de 14 pF.
Si la fuente de la señal es de muy alta impedancia, tener que cargar el condensador puede hacer que el voltaje de entrada disminuya temporalmente. Si el ADC convierte en la entrada mientras todavía está cargando el condensador, obtendrá un valor incorrecto.
Esto probablemente se puede solucionar dejando que la entrada de ADC se asiente por un período de tiempo después de cambiar los canales de ADC, pero la mejor manera de lidiar con esto es simplemente asegurarse de que la fuente de entrada pueda cargar la capacitancia lo suficientemente rápido como para que no sea un problema.