本发明提供一种支持非线性矫正的开环分数分频器、片上系统及电子设备，涉及集成电路技术领域，包括：多模分频器与数字时间转换器连接；数字时间转换器与数字域拟合模块和锁相环模块分别连接；多模分频器接收参考时钟信号和分频控制信号向数字时间转换器输出分频信号；数字时间转换器接收分频信号，结合分段非线性预失真函数对自身进行非线性矫正得到输出信号并对外输出；锁相环模块获取输出信号，并提取出相位误差信号输出至数字域拟合模块；数字域拟合模块根据相位误差信号、多比特信号，在数字域进行非线性拟合得到分段非线性预失真函数。本发明有效降低非线性矫正运算的复杂度。以较小的功耗和面积的代价获得大量的性能提升。