オペアンプの入力オフセット電圧

オペアンプにて差動増幅回路を作っています。
通常の差動増幅回路と異なる点は、入力部には反転、非反転入力端子ともにLCフィルタ（LPF）を作っています。
回路チェックのため、回路入力部（LCフィルタ入力端子）をショートしたところ、入力オフセット電圧が差動増幅回路により増幅されアウトプットされます。
ここで問題が発生しました。このアウトプットと増幅率から逆算した入力オフセット電圧がオペアンプの入力オフセット電圧のMaxよりも数倍大きいので。
原因が分からず、会社先輩に確認したところ、LCフィルタの実装のバランス（出来ぐあい）により、オフセットが発生し、それを増幅したためと言っています。
LCフィルタ部分には、パッシブなLCRしかなく、ここでオフセットが発生するとはその原因が理解できません。先輩も良く分かっていません。
本当にこのようなことがあるのでしょうか？

どのような理由でこのような現象が発生しているか、教えていただけないでしょうか？

No.1 ベストアンサー 回答者： hs001120 回答日時： 2009/02/06 07:21

可能性は色々考えられますが、支障の無い範囲で、

回路図、使用部品、ショートさせている作業中の写真、具体的な計算値と実測値
などを公開する方が適切な回答が得られやすいように思います
が会社の関係だと難しいでしょうか。

例えば
・入力部ショート作業の問題
　入力部のショートと言うのがICのピン間を最短で接続、他に何も繋いでいない、ならともかく
　LC回路はそのままで、テスターリード等を人間が押し当てて・・・等だと、じつはアンテナ線を
　押し当てて、ノイズを流し込んでいる。に等しい事に気づいていないとか
　異種金属を押し当てている事による電位差の考慮不足とか
・実装時の寄生抵抗などの考慮不足とか
・単純な計算ミスとか
・部品選択誤り(たとえば型式の最後の1文字が違うだけでオフセットのランクが違うのに、刻印を見間違えているとか)
・データシートの確認不足、オフセットmax時の電源電圧条件他
・使用している電源の仕様確認不足
・出力測定時の測定器選択誤り等
・部品の劣化(入力部に、静電気他過電圧を入力してしまい、完全破壊には至っていないが大きく劣化しているとか)
・etc...

そんな見落としはしていないはず、と思いこんでいる所こそ要チェックです。

No.4 回答者： inara1 回答日時： 2009/02/07 10:10

手元の書籍 [1] （絶版）に、高周波入力によるオフセット電圧の悪化のことが書かれています。

OP07で構成した利得101倍の非反転増幅器の入力に高周波（振幅50mVrms）を加えたとき、周波数が100kHzを越えると、出力電圧のDCオフセットが徐々に大きくなり、1MHzでは50mVになっています。OP07の入力オフセット電圧は標準で60μVですから10倍悪化していることになります。

このような現象を抑えるために、nryu39さんのように入力にLPFを入れるのが一般的です。差動アンプの場合、２つのLPFの特性をマッチングさせる必要がありますが、２つのLPF間にシャントコンデンサを入れてミスマッチの影響を抑える方法もあります [3]。差動アンプには特性の揃ったLPFがすでに内蔵されているOPA333というのもあります [3]。

[1]　OPアンプ活用100の実践ノウハウ（p.56～p.58）　http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/32/32811.htm
[2]　計装アンプ回路でRFI整流誤差を低減する方法（図２）　http://www.analog.com/static/imported-files/jp/a …
[3]　RF妨害信号に起因するオフセット電圧の変化を低減するために入力LPFが内蔵された差動オペアンプ（INA333）　http://focus.tij.co.jp/jp/pr/docs/preldetail.tsp …
　　　INA333データシート　http://focus.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/ina333. …

No.3 回答者： inara1 回答日時： 2009/02/06 23:47

オペアンプの入力に、オペアンプのゲインバンド幅積（ＧＢ積）を大きく越える周波数成分が含まれている場合、オペアンプのＤＣ特性が悪化して、データシートに出ている入力オフセット電圧のMaxよりも大きなオフセット電圧が発生することがあります。

回路入力部（LCフィルタ入力端子）をショートしたとき、下図の Ａ のところはどこにもつながっていない状態でしょうか？それともどこかに接続されているのでしょうか？

　　　　　　　　　　　差動アンプ
　　　　　　　　　　 ┏━━┓
　　　　┌ LPF ─┨+　　 ┠─ 出力
　　　　├ LPF ─┨-　　 ┃
　　　　│　　　　　┗━━┛
　　　　A

A のところを回路のGNDに落としたときに出力電圧がどうなるか見てみてください。

Ａがどこにもつながっていない場合、Ａのところに外来ノイズが乗ってきます。この外来ノイズに高い周波数成分が含まれていても、２つのLPFによって高周波成分は減衰されますが、２つのLPFのカットオフ周波数が異なっていると、LPFの後に出てくる高周波成分の大きさがオペアンプの＋入力と－入力で異なってきます。差動アンプは＋入力と－入力の差を増幅するものですが、その差信号に、オペアンプのゲインバンド幅積（ＧＢ積）を大きく越える周波数成分が含まれていて、なおかつ差動増幅のゲインが大きい場合、オペアンプのＤＣ特性が悪化して、データシートに出ている入力オフセット電圧のMaxよりも大きなオフセット電圧が発生することがあります（その場合、オペアンプの出力には、その高周波成分は現れず、大きなDCオフセットだけが出てきます）。

もし、LPFのアンバランスのためにオペアンプに高周波の差動ノイズが印加されているであれば、A のところを回路のGNDに落とせば、外来ノイズが小さくなるので、オペアンプ出力端子に出てくるオフセット電圧は正常になるはずです。差動増幅というのはオペアンプを３個使ったものですか？それとも専用の差動オペアンプでしょうか。オペアンプの型番が分かれば教えてください。

No.2 回答者： kuro804 回答日時： 2009/02/06 19:56

オペアンプの出力に現れるオフセットの発生は色々あります。

質問者様は出力のオフセット電圧を単に入力電圧に換算され電圧オフセットが規格値を超えていると言われてますが、
実際は入力部の電圧オフセットと電流（入力電流）に起因するオフセットが考えられます。
入力電流によるオフセットは、例えば入力バイアス電流（FETであれば漏れ電流）が必ず存在しますがこれを忘れて入力部に高抵抗を使用すればこれらの電流と回路抵抗のアンバランスに起因したオフセットが生ずる事になります。これをいかに少なく実装するかが腕の見せ所でしょう。

また、図面（回路図）だけで性能云々出来るのは電圧ではｍV単位、電流ではμA位までで、最近の高性能オペアンプの規格と同等の実測値を満足する実装技術はnV以下、またpA　あたりまでを考慮した実装技術にも配慮が必要です。
さらに老婆心ながら使用している抵抗、コンデンサなどは下手をするとオペアンプの性能以下のものが使われている場合があります。特に抵抗はカーボン皮膜ではなく、最低限金属皮膜を使いましょう。コンデンサーは漏れ電流の少ないものが必要になります。