Как только диапазон синфазки выходит за пределы рабочего окна операционника (примерно по 1.5 вольта до каждого питания), операционник начинает выдавать всякую фигню, никоим образом не соотносящуюся с сигналом.

В ХиХ есть хорошая схема активного подавления синфазной составляющей, она требует прецизионных резисторов, но зато работает! Мне, например, она позволила надёжно измерять с заявленной абсолютной погрешностью 0.2% от диапазона (т.е. 40 мкВ) милливольты в диапазоне 0..20 мВ на фоне синфазки в сотни вольт (220В 50 Гц).